Гибридных микросхемах

б) ИМС должны быть универсальными, пригодными для использования в составе возможно большего числа вариантов РЭА. Поэтому выбирают электрическую схему оптимальную с точки зрения выполнения заданной функции, универсальную с точки зрения применимости в различных устройствах и состоящую из элементов, легко выполняемых в интегральном виде. К таким элементам в первую очередь относятся транзисторы и диоды. Легко выполнимы резисторы и конденсаторы, однако последние занимают значительную часть поверхности подложки микросхемы. Поскольку все структуры полупроводниковой ИМС изготовляют одновременно в едином технологическом процессе, различия в затратах труда на изготовление разных элементов невелики. Поэтому полупроводниковые ИМС содержат главным образом транзисторы и диоды, мало резисторов, редй«о конденсаторы. Катушки индуктивности, конденсаторы большой емкости, трансформаторы отсутствуют вообще и могут применяться только как внешние элементы гибридных микросхем.

Основные технологические этапы изготовления гибридных микросхем. Гибридные интегральные микросхемы (ГИС) представляют сочетания пленочных пассивных элементов и навесных активных и пассивных компонентов. Резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутрисхемные соединения в ГИС изготовляют либо последовательным напылением на подложку различных материалов в вакууме (тонкопленочная технология), либо нанесением со-" ответствующих материалов

Рост функциональной сложности, использование полупроводниковых БИС в качестве компонентов и связанное с этим повышение плотности монтажа и плотности ИМС привели к необходимости создания больших гибридных микросхем (БГИС) и микросборок.

Конструктивно точечные диоды, как правило, оформляются в пластмассовом или трубчатом стеклянном корпусе ( 2.6,а) с ленточными или стержневыми выводами. В последние годы выпускаются также бескорпусные диоды, иногда объединяемые в общем корпусе в виде матричных сборок для гибридных микросхем ( 2.6, б,в).

Таким образом, анализ необходимых линейных размеров элементов СВЧ схем показывает практическую возможность интеграции на основе гибридных микросхем, использующих комбинацию готовых полупроводниковых приборов (активных элементов) и пленочных, пассивных элементов.

В гибридных микросхемах используются как простые, так и сложные компоненты например бескорпусные кристаллы полупроводниковых микросхем. Электрические связи между элементами, вдмпонента-»u,v г, РИ°ТаЛЛаМИ осуществляют с помощью пленочных и проволоч-"11,Пр,^ОДНИ_К?В:.Подложка с Расположенными на ее поверхности

вокупность нескольких бескорпусных полупроводниковых микросхем, установленных на одной диэлектрической подложке, соединенных меж^ ду собой проводниками и заключенных в герметизированный корпус *nJt зависим„ости от сп°соба нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки и их толщины различают тонкопленочные (толщина пленок менее 1 мкм) и толстопленочные (толщин" более 1 мкм) гибридные микросхемы. Помимо количественных существуют и качественные различия, определяемые технологией изготовле-пп1ПН°Кп Тонкопленочные элементы формируют, как правило, с а то™^комического вакуумного испарения и ионного распыления, а толстопленочные элементы наносят на подложку методом трафаретной печати с последующим вжиганием. V Ф Н H™uu°KOe использование гибридных микросхем обусловлено срав-^о™гтНпеВЫС°КИМИ пеРвоначальными затратами при организации производства, возможностью применения разнообразных компонентов

Структуры, электрические параметры микросхем и их элементов определяются технологией изготовления. В данной главе даются сведения о типовых технологических процессах и операциях, применяемых для создания полупроводниковых и гибридных микросхем. Совокупность технологических процессов и операций, проводимых в определенной последовательности, составляет технологический цикл изготовления микросхем.

Перед началом напыления проводится ионная очистка поверхности подложки. Ионы с низкой энергией, ударяясь о поверхность подложки, удаляют с нее загрязнение (ионное травление, см. § 2.6). Так же может быть произведена и очистка мишени. Очистка мишени и подложки способствует чистоте пленок и их хорошей адгезии к подложкам. В отличие от катодного распыления подложка не влияет на напряженность электрического поля и скорость распыления, что обеспечивает равномерность толщины пленки и дает возможность напылять ее через металлический трафарет, накладываемый на подложку. При этом одновременно формируется и рисунок пленок, что существенно для гибридных микросхем.

Химическое осаждение из водных растворов. Применяемое в технологии гибридных микросхем химическое осаждение из водных растворов основано на восстановлении металлов из растворов их солей. Электролитическое осаждение производится в электролитических ваннах, где проводящая подложка является катодом, а анод выполнен из материала осаждаемой пленки или инертного по отношению к электролиту металла. При пропускании электрического тока на катоде осаждается металлическая пленка, толщина которой зависит от тока и времени осаждения. Скорость процесса хорошо регулируется в широких пределах изменением тока. Таким образом, можно получать не только тонкие, но и толстые пленки (20 мкм и более), применяемые, например, для создания жестких и балочных выводов (см. §2.12) бескорпусных полупроводниковых микросхем и транзисторов, а также металлических масок (трафаретов).

2.12. ТЕХНОЛОГИЯ ГИБРИДНЫХ МИКРОСХЕМ

Рост степени интеграции гибридно-пленочных ИМС существенно сдерживается трудностями присоединения бескорпусных активных приборов. Дело осложняется не только возрастающей трудоемкостью изготавливаемых микросхем, но и увеличивающейся вероятностью ошибок операторов при монтаже бескорпусных приборов в сложных гибридных микросхемах. В то же время большинство простейших цифровых и аналоговых схем успешно выполняется в виде полупроводниковых микросхем.

В последнее время нашла применение совмещенная технология, в которой в гибридных микросхемах в качестве навесных компонентов используются бескорпусные полупроводниковые интегральные микросхемы. По такой технологии выполняются микросхемы до шестой степени интеграции для быстродействующих ЭВМ.

Напыление или нанесение пленок, производят в вакууме при распылении металлической или диэлектрической навески. Таким путем формируют соединения и металлические контактные площадки, к которым с помощью микросварки приваривают внешние выводы. Напылением в гибридных микросхемах изготовляют пассивные элементы.

ТЛНС требуется подбор транзисторов с одинаковым входным сопротивлением, что является существенным ограничением для использования в гибридных микросхемах. Применяются схемы ТЛНС в сериях 102 и 103 полупроводниковых ИМС.

В гибридных микросхемах используются как простые, так и сложные компоненты например бескорпусные кристаллы полупроводниковых микросхем. Электрические связи между элементами, вдмпонента-»u,v г, РИ°ТаЛЛаМИ осуществляют с помощью пленочных и проволоч-"11,Пр,^ОДНИ_К?В:.Подложка с Расположенными на ее поверхности

димых электрофизических параметров от них требуется хорошая адгезия (прочность связи) к материалу, на который наносится пленка, например к кремнию или диоксиду кремния в полупроводниковых микросхемах, к диэлектрической подложке или ранее нанесенной пленке в гибридных микросхемах. Некоторые материалы имеют плохую адгезию с подложками (например, золото с кремнием). Тогда на подложку сначала наносят тонкий подслой с хорошей адгезией, а на него — основной материал, имеющий хорошую адгезию с подслоем. Для предотвращения повреждений пленок при колебаниях температуры желательно, чтобы ТКР пленок и подложек как можно меньше отличались друг от друга.

Формирование пассивных элементов и проводников в толстопленочных гибридных микросхемах. Толстые (десятки микрометров) пленки

Монтаж дискретных компонентов и установка в корпус. Кристал лы бескорпусных дискретных компонентов, применяемых в гибридных микросхемах, могут иметь разную конструкцию выводов. Кристаллы с проволочными выведали, залитые каплей эпоксидной смолы, приклеиваются к подложке, а выводы соединяются с контактными площадками методом термокомпрессии. Такой способ монтажа очень трудоемок, так как не допускает группового соединения выводов кристаллов с контактными площадками. Он плохо поддается автоматизации и при большом числе кристаллов в гибридных микросхемах ведет к большому проценту брака.

В гибридных микросхемах широко распространены пленочные резисторы с сопротивлениями от нескольких ом до единиц мегаом. Если требуется высокая плотность резисторов на подложке, применяют тонкопленочную технологию, если же необходима низкая стоимость микросхем, а плотность элементов не столь существенна — толстопленочную.

В СВЧ-микросхемах сантиметрового диапазона применяют элемен -ты с распределенными параметрами (емкостями и индуктивностями), которые строятся на основе отрезков микрополосковых линий передач (МПЛ). Наиболее распространена несимметричная МПЛ ( 6.11). Она состоит из плоского проводника / шириной W, сформированного на поверхности диэлектрической подложки 2 толщиной ^П0дл> и ПР°" водящего слоя 3, нанесенного на нижнюю поверхность подложки, выполняющего функцию нулевой шины («земляная плоскость»). Подложка является не только механической основой, но и диэлектриком МПЛ. Поэтому критичны толщина подложки и диэлектрическая проницаемость еподл и ее стабильность в широком диапазоне частот и температур. В гибридных микросхемах чаще всего применяют подложки из алюмооксидной керамики (еподл = 9 ... 10). Лучшие параметры у сапфира (еподл = 9,3 ... 11), обладающего более гладкой поверхностью, что важно при создании тонкопленочных элементов, но сапфир имеет высокую стоимость. Для микросхем большой мощности используются подложки из окиси бериллия с высокой теплопроводностью. В полупроводниковых микросхемах применяют арсенид-галлиевые полуизолирующие подложки (еподл =11).

применяют МПЛ со стандартным значением Z0 = 50 Ом. Для керамической подложки W « 1,1^ПОдл> а Для арсенид-галлиевой— W — = 0,8 йподл- Чтобы снизить ширину и площадь МПЛ, надо уменьшить толщину подложки. В арсенид-галлиевых схемах она ограничивается механической прочностью (0,1 ...0,15 мкм). И все же ширина линии (порядка 100 мкм) по масштабам полупроводниковых микросхем велика. Толщина подложек в гибридных микросхемах и ширина линий в них в несколько раз больше.