Современная технология

Современная микроэлектроника достигла такого уровня развития, когда надежность ИМС в процессе эксплуатации характеризуется интенсивностью отказов Я, = 10~8 •— IQ_IO 4_i j-jpH таком уровне надежности для испытаний практически невозможно сформировать объем выборки, обеспечивающий накопление статистически достоверной информации о числе отказов в течение приемлемого времени натурных испытаний. Среди разработанных новых методов исследования надежности высоконадежных изделий микроэлектроники большой функциональной сложности (БИС МП, ЗУ и др.) оказались эффективными имитационные методы.

За короткий исторический срок современная микроэлектроника стала одним из важнейших направлений научно-технического прогресса в нашей стране. Создание больших и сверхбольших интегральных микросхем, микропроцессоров и микропроцессорных систем позволило организовать массовое производство электронных вычислительных машин высокого быстродействия, различных видов электронной аппаратуры, аппаратуры управления технологическими Процессами, систем связи, систем и устройств автоматического управления и регулирования.

Современная микроэлектроника базируется на интеграции дискретных элементов электронной техники, при которой каждый элемент схемы формируется отдельно в полупроводниковом кристалле. При этом в основе создания ИМС лежит принцип элементной (технологической) интеграции, сопровождающейся микроминиатюризацией элементов (активных и пассивных) микросхемы. В ИМС можно выделить области, представляющие собой активные (диоды, транзисторы) и пассивные (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) элементы. В интегральной микроэлектронике сохраняется главный принцип дискретной электроники, основанной на разработке электрической схемы по законам теории цепей. Этот принцип неизбежно связан с ростом числа элементов микросхемы и межэлементных соединений по мере усложнения выполняемых ею функций.

21. Ефимов И. Е. Современная микроэлектроника. —М.: Советское радио, 1973.

Современная микроэлектроника позволяет ео еравнительно высокой точностью реализовать следующие функции: антилогарифмирование, логарифмирование, умножение, деление, извлечение квадратного корня, гиперболический синус, векторное суммирование, тригонометрические функции и др. [73].

Современная микроэлектроника не решила проблему всеобщей микроминиатюризации электронной аппаратуры. Такие традиционные элементы, как трансформаторы, разъемные контакты, конденсаторы большой емкости плохо совмещаются с интегральными компонентами из-за больших габаритов. Особые трудности вызывает обеспечение электрической изоляции при связи двух систем: высоковольтной и низковольтной. В частности, такая задача возникает при создании устройств управления высоковольтными установками большой электроэнергии. Здесь на помощь приходит Оптоэлектроника. Применение оптического канала связи позволяет обеспечить надежную электрическую изоляцию любых систем, исключить громоздкие реактивные и контактные компоненты, повысить надежность работы оборудования.

Микропроцессорная техника переживает период бурного развития, появляются новые комплекты микропроцессорных схем, развивается аппаратурное и программное обеспечение, разрабатываются устройства для отладки микропроцессорных устройств управления. Устройства управления, созданные на основе МП, все шире применяются в промышленности, на транспорте, в энергетике. Однако не следует думать, что развитие микропроцессорных систем исключает необходимость в применении непрограммируемых электронных устройств, напротив, микропроцессорные устройства работают, как правило, в сочетании с подобными блоками, нуждаются в них (развитая система интерфейса), что в совокупности позволяет получить ранее недостижимые результаты (применение более совершенных законов управления, повышение точности, адаптация к изменяющимся условиям работы установок и т. п.). И, наконец, МП является мощным устройством для обработки информации и его возможности очень велики, но не все задачи, которые могут быть реализованы на основе микроЭВМ, нуждаются в таком решении: современная микроэлектроника располагает чрезвычайно разнообразным набором ИМС, в том числе высокого уровня интеграции, которые позволяют решать весьма сложные задачи. Поэтому выбор решения устройства управления на базе программируемого автомата или автомата с жесткой логикой должен проводиться на основе технико-экономического сопоставления вариантов.

4. Ефимов И. Е. Современная микроэлектроника. М., «Советское радио», 1973. ИЗ с-

Современная микроэлектроника развивается в трех основных направлениях, связанных с созданием и совершенствованием гибридных интегральных микросхем, полупроводниковых интегральных микросхем и функциональных устройств.

Современная микроэлектроника представляет собой научно-техническое направление, решающее проблему создания высоконадежных и микроминиатюрных электронных устройств, выпуск которых в условиях массового производства должен быть рентабельным и экономически целесообразным. Развитие микроэлектроники, конечной целью которой является разработка законченного устройства, выполняющего определенную радиоэлектронную функцию, стало возможным благодаря достижениям в области фундаментальных и прикладных наук.

Современная микроэлектроника характеризуется переходом к микросхемам с высокой степенью интеграции, т. е. к БИС. Это объясняется большими успехами в разработке новых и совершенствовании существующих технологических процессов изготовления полупроводниковых и гибридных микросхем.

Подробно описана современная технология монтажа приборов контроля и аппаратуры автоматического регулирования и управления, включая способы прокладки электрических и трубных проводок, в том числе пластмассовых.

Современная технология работ по монтажу приборов и средств автоматизации основана на максимальном применении узлов, блоков и конструкций, предварительно заготовленных на предприятиях или в монтажно-заготовительных мастерских, т. е. вне монтажной зоны.

Следовательно, на высоких частотах необходимо изготовлять решетки с очень малыми периодами (на частоте / = 1 Ггц требуется L =* 1 мкм), что представляет значительные технологические трудности. Современная технология (электронно-лучевая литография) позволяет получить решетки, работающие на основной частоте до единиц ГГц. Для работы на более высоких частотах можно использовать однофазные решетчатые преобразователи ( 4.2, д). При этом по сравнению с двухфазной в два раза повышается основная частота генерации, но значительно (в десятки раз) снижается эффективность преобразования.

Современная технология позволяет создать надежные, малогабаритные и экономичные в эксплуатации системы. Целая сеть радиорелейных станций покрывает нашу страну. По одному «стволу» (диапазону частот с уплотнением сигналов) можно передать тысячи речевых сообщений или несколько телевизионных. К 1980 г. протяженность РРЛ у нас превысила 70 тыс. км. Телевизионное вещание через них обслуживает территорию с населением более 170 млн. человек.

Современная технология и внедрение микропроцессорной техники позволяют создавать индикаторы с широкими функциональными возможностями, повышенным КПД и регулируемой мощностью, способные отражать информацию в любой форме: цифровой, буквенной и графической.

В цифровых ИМС, являющихся обычно маломощными, размеры каждой из областей транзистора стараются делать как можно меньшими. Однако площади р-и-переходов нельзя уменьшать беспредельно, поскольку минимальный размер этих областей ограничивается разрешающей способностью фотолитографии, т. е. возможностью получения минимального размера окна в маскирующем слое оксида. Современная технология изготовления ИМС позволяет получать ширину окна, составляющую примерно 3—4 мкм. Необходимо также учитывать, что геометрическая конфигурация той или иной области транзисторной структуры зависит от расположения омических контактов и допустимых зазоров на совмещение.

Современная технология позволяет получать тонкопленочные конденсаторы любой конструкции (см. 4.6) с емкостью 100-Ю3 пФ, допуском ±(5-=-20)%, t/p = 6-M5B, ТКС = ( —0,2-ь -=-+5)°СГ', добротностью Q=10-M00 и /СотС<5-10~~5 ч~'. При этом форма конденсатора может быть не только прямоугольной, но и фигурной для наилучшего использования площади подложки.

Приведены сведения по основам теории контроля и испытания микроэлементов, микросхем и материалов. Описаны современная технология контроля параметров и испытания, а также испыта'тельное оборудование и контрольно-измерительна* аппаратура. Рассмотрены вопросы прогнозирования надежности,

Современная технология бестигельной зонной плавки •кремния позволяет выращивать в вакууме или атмосфере

Современная технология изготовления ИМС позволяет выполнить весьма сложные электронные устройства в виде одной или нескольких ИМС. Такое техническое решение будет экономически выгодным, если данное устройство будет производиться массовыми сериями (см. § 1.9), но, как правило, сложные специализированные устройства не требуется производить в большом числе экземпляров. Это противоречие между возможностями технологии и узкой специа-лизированностью сложных электронных устройств снимается при создании программируемых цифровых и логических устройств, которые рассматриваются в этом разделе.

Современная технология позволяет выращивать слои, отличающиеся высоким совершенством кристаллической структуры; с высокой степенью точности контролируются толщины и удельные сопротивления таких слоев. При этом заданным образом могут изменяться тип проводимости и удельное сопротивление слоев по вертикальному сечению.