Микроэлектронной технологии

Для производства печатных кабелей применяют армированные фольгированные пленки из фторопласта-4 (ФАФ-4Д) и полиэфирные пленки (ПЭТФ). Прямое прессование медной фольги с термопластичным основанием позволяет добиться геометрической стабильности материала при кратковременном изменении температуры до 180 ... 200°С. Более высокой термостабильностью (до 250 °С), прочностью на растяжение, несгораемостью, радиационной стойкостью, а также способностью к равномерному травлению в щелочных растворах обладают полиимидные пленки, но высокая стоимость и водопоглощение ограничивают их широкое применение коммутационными ДПП и МПП в микроэлектронной аппаратуре. Термопластичные материалы, обладающие повышенной текучестью, используются при изготовлении рельефных ПП. К ним относятся сложные.композиции, основу которых составляют полиэфирсульфоны и полиэфиримиды. Введение в пластмассы стеклянного наполнителя увеличивает их рабочую температуру до 260°С, что позволяет проводить пайку монтируемых элементов расплавлением дозированного припоя в паровой фазе.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ В МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ! АППАРАТУРЕ

микроэлектронной аппаратуре ......... 57

Кроме информационных и технических областей применения микроэлектронной аппаратуре предстоит широкое освоение ряда новых областей. К ним относятся, в частности: здравоохранение — проведение медицинских анализов с помощью автоматических электронных анализаторов, диагностика, обработка данных по массовой диспансеризации, прогнозирование, технические средства лечения болезней (например, камеры для проведения гипербарической оксигенации и др.), операционное оборудование (аппараты искусственного сердца, почек и др.), искусственные органы, стимуляторы деятельности различных органов; метеорология — непрерывный автоматизированный анализ состояния атмосферы в любой географической точке земной поверхности, прогнозирование погоды, использование метеорологических данных для решения оперативных и стратегических задач в сельскохозяйственном и других видах производства.

7. Володин Е. Б., Свидзинский К. К. Перспективы применения элементов интегральной оптики в микроэлектронной аппаратуре / Электронная промышленность, 1977, вып. 6.

В современной микроэлектронной аппаратуре, выполняющей функции обработки и хранения информации, автоматизации и управления технологическими процессами, используются универсальные и специализированные интегральные микросхемы различной степени интеграции. Наблюдается тенденция более широкого применения интегральных микросхем высокой степени интеграции — больших (БИС) и сверхбольших (СБИС). Это обусловлено существенным улучшением технико-экономических характеристик аппаратуры, а именно:

В настоящее время в микроэлектронной аппаратуре разрабатываются и применяются базовые матричные кристаллы, содержащие до 10 000 логических элементов, на основе /г-канальных МОП-транзисторов и комплементарных МОП-структур (КМОП), сформированных на подложках из кремния или структурах КНС (кремний на сапфире). Базовые матричные кристаллы на основе /г-МОП-транзи-сторов имеют высокую плотность компоновки элементов. Среднее время задержки логических элементов составляет 1 — 20 не.

Последовательным соединением ионисторов можно добиться более высоких рабочих напряжений, применяя такую батарею в качестве источника питания. Например, 10 элементов емкостью по 50 Ф образуют модуль диаметром 25 мм и высотой 64 мм, имеющий емкость 5 Ф и напряжение 5 В. Такой источник пита ния можно успешно применять в различной микроэлектронной аппаратуре.

Полупроводниковые микросхемы в большинстве случаев являются изделиями широкого применения: одни и те же микросхемы используются в микроэлектронной аппаратуре различного назначения. Они выпускаются большими партиями; только при этом условии окупаются высокие затраты на разработку новых типов микросхем.

Наряду с указанными достоинствами имеются и серьезные недостатки. Прежде всего это низкий КПД преобразований оптических сигналов в электрические и электрических в оптические. В современных приборах (лазерах, све-тоизлучающих диодах, p-i-n фотодиодах) КПД, как правило, не превышает 10...20%. Если указанные преобразования осуществляются в устройстве дважды, то общий КПД уменьшается до единиц процентов. Применение в микроэлектронной аппаратуре оптоэлектронных устройств с низким КПД ограничено, так как при этом возрастает энергопотребление, затрудняется миниатюризация из-за необходимости обеспечения теплоотвода, возникает перегрев, снижающий эффективность и надежность большинства оптоэлектронных приборов.

В микроэлектронной аппаратуре борьба с помехами приобретает еще большую актуальность. Полезные сигналы в аппаратуре 4-го поколения значительно меньше сигналов в аппаратуре предшествующих поколений, однако общая энерговооруженность радиотехнических систем продолжает расти. Это ведет к возрастанию мешающих сигналов. Уменьшение габаритов устройств, повышение плотности монтажа приводит к увеличению паразитных монтаж-ных связей.

Электролитическое осаждение в микроэлектронной технологии применяется для покрытия (никелирования) биметаллических свободных масок и при наращивании толщины пленок с целью увеличения их проводимости, например, при создании структур СВЧ ИС.

прецизионной микроэлектронной технологии полупроводниковые БИС и СБИС могут выступать в качестве элементной базы МЭА, по своей функциональной сложности как законченные ячейки, блоки, комплексы и даже системы. Правда, последнее относится в основном к вычислительной технике

Светодиоды применяют для вывода информации в микроэлектронных устройствах, в качестве различного рода индикаторов, а также в качестве источников излучения в оптронах (см. § 2.8). Технология изготовления светодиодов близка к стандартной микроэлектронной технологии.

Основное достоинство микроэлектронной технологии — групповые интегральные методы технологии, основанные на локально-структурных преобразованиях полупроводникового материала: в одном технологическом цикле на кристалле изготовляются не только все (или почти все) элементы интегральных микросхем (диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы), электрические соединения элементов, но и множество ИМС одновременно. С точки зрения оценки надежности все элементы ИМС, интегрированные на одном кристалле, упрощенно можно рассматривать как один прибор, например транзистор, занимающий площадь на кристалле, равную площади кристалла ИМС.

Подлинной революцией в области технологии полупроводниковых приборов явилась разработка в 1957 г. планарного процесса, основанного на локальном легировании полупроводника с использованием оксидной маски, профилированной методом фотолитографии. В свою очередь, планарный процесс в сочетании с такими методами легирования, как прецизионная диффузия и ионная имплантация, лучевая обработка поверхности, послужил основой микроэлектронной технологии — высшего достижения технологической науки в области твердотельной электроники.

Таблица 2.4. Плазмообразующие газовые смеси для обработки основных материалов, используемых в микроэлектронной технологии

Современные МП изготавливаются в виде БИС различной степени интеграции, причем МП может быть образован одним или несколькими кристаллами. Увеличение номенклатуры МП БИС ведет к их удорожанию и к уменьшению вероятности выбора оптимального варианта. Вопрос о номенклатуре МП БИС может быть решен только при системном подходе к разработке: при глубоком анализе алгоритмов выполнения широкого круга задач и возможностей микроэлектронной технологии, т. е. на начальном этапе проектирования должна быть проведена проработка архитектуры МП БИС с учетом достижений микроэлектроники.

Возникновение многоканальной ОС можно наблюдать в усилителях, изготовленных по микроэлектронной технологии, где появляются внутренние электрические и тепловые ОС, действие которых аналогично действию местных ОС [7]. Если внутренние ОС в усилителе, изготовленном по интегральной технологии, не учитываются и имеется только одна общая отрицательная ОС, он изображается структурной схемой, показанной на 2.3,6.

Таким образом, резисторные усилители с разделительными конденсаторами обладают определенными преимуществами как по сравнению с трансформаторными усилителями, так и по сравнению с усилителями, в которых используется непосредственно связь между каскадами. Однако в УЗЧ, особенно на биполярных транзисторах, разделительные конденсаторы должны иметь большую емкость, которую получить с помощью микроэлектронной технологии не представляется возможным. В связи с этим усилительные каскады с разделительными конденсаторами не могут быть реализованы в интегральной технике будущего: каскады предварительного усиления предполагается изготавливать в основном по микроэлектронной технологии.

Необходимо отметить, что проблема теплоотвода особенно усложняется в усилительных каскадах, которые выполнены по микроэлектронной технологии, так как их транзисторы не имеют даже такого радиатора, каким является металлический корпус обычных дискретных транзисторов. Это способствует повышению температуры переходов интегральных транзисторов и снижает полезную мощность, отдаваемую в нагрузку. С увеличением температуры окружающей среды уменьшается тепловое излучение, растет температура коллекторного р-п перехода и падает мощность, рассеиваемая на нем, что в конечном счете приводит к снижению полезной мощности в нагрузке.

Иная ситуация при реализации усилителей по микроэлектронной технологии, когда невозможно сформировать не только трансформаторы, но даже катушки индуктивности с незначительными индуктивностями (микрогенри). Поэтому оконечные каскады интегральных усилителей, как и резисторные (бестрансформаторные), выполняются в виде эмиттерных или истоковых повторителей.