Особенности гибридных ИМС

Гибридные ИМС.

В состав гибридной ИМС, кроме элементов, неразрывно связанных с поверхностью подложки, входят простые и сложные компоненты (например, кристаллы полупроводниковых ИМС). Гибридные ИМС изготавливаются по тонко- или толстостеночной технологии с применением бескорпусныхполупроподниковых приборов и керамических конденсаторов.

Основу гибридной ИМС составляет пленочная схема: пластина диэлектрика, на поверхности которого нанесены в виде пленок толщиной порядка 1 мкм компоненты схемы и межсоединения. Этим способом легко выполнимы пленочные проводниковые соединения, резисторы, конденсаторы. Резисторы больших номиналов выполняют в виде меандра (рис. 3, а), что обеспечивает минимальную площадь, занимаемую элементом. Сопротивление таких резисторов может достигать 10^5 Ом.

Рисунок 3. Компоненты пленочных ИМС: а — резистор: б — конденсатор; в — индуктивность

Конденсатор состоит из трех пленочных слоев: металл — диэлектрик — металл.

Бескорпусные полупроводниковые приборы, конденсаторы больших номиналов и магнитные элементы в гибридных ИМС выполняются навесными: эти элементы приклеиваются в определенных местах к плате, осуществляется их контактирование с элементами пленочной схемы, затем плата с пленочной схемой и навесными элементами помещается в герметизированный корпус, имеющий определенное количество выводов.

Гибридные интегральные схемы (ГИС) подразделяются на толстопленочные и тонкопленочные. Конструктивной основой толстопленочных ИС является керамическая подложка, на которую через сетку-трафарет последовательно наносят проводящие, резистивные и диэлектрические пасты с последующим вжиганием, создавая таким способом пленочные резисторы, конденсаторы и проводники. Толщина наносимых пленок, образующих элементы ИС, составляет от единиц до десятков микрометров. Основой тонкопленочных ИС является подложка из ситалла или фотоситалла, на которую напыляют пленки толщиной порядка десятых долей микрометра. Навесные активные компоненты ИС крепятся на подложке после создания пленок и соединяются с ними через контактные площадки. Для защиты от внешних воздействий и создания выводов подложку с созданными на ее поверхности элементами и компонентами помещают в корпус. Пленочный резистор состоит из резистивной пленки 1 и контактных площадок 2 (рис. 4). Высокоомные резисторы имеют форму меандра (рис. 5).

Рисунок 4

Рисунок 5

1. Наиболее предпочтительными элементами являются пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы), число навесных элементов в ИМС должно быть небольшим, так как их установка и монтаж требуют больших затрат труда.

2. Точность воспроизведения параметров в гибридных ИМС значительно выше, чем полупроводниковых. Возможна подгонка номиналов резисторов и конденсаторов (например, путем соскабливания части пленки).

3. Технология гибридных ИМС значительно проще технологии полупроводниковых. Гибридные ИМС делятся на тонкопленочные, в которых пленки создаются методом термовакуумного напыления, и толстопленочные, в которых пленки получают путем нанесения пасты через трафарет с последующим спеканием в печи. Технология толстопленочных ИМС сравнительно проста, и их выпуск может быть налажен в стенах лаборатории или производственного участка.

4. Стоимость подготовки к выпуску нового типа гибридных ИМС меньше, чем полупроводниковых, поэтому экономически оправдан выпуск гибридных ИМС малыми сериями (сотни и даже десятки экземпляров).

5. Массогабаритные показатели гибридных ИМС хуже, чем у полупроводниковых, и число компонентов в одной схеме обычно не больше нескольких десятков.

Полупроводниковые ИМС в основном являются ИМС общего применения, т. е. выпускаются в виде типовых элементов для различных областей использования, обладают универсальными достоинствами, что обеспечивает их высокий тираж.

Гибридная технология особенно предпочтительна при разработке ИМС частного применения, т. е. для решения какой-то определенной задачи. В этом случае тираж ИМС обычно невысок, и экономически выгоднее выпуск гибридных ИМС.

Рисунок 6. Воздействие дефектов кристаллической решетки на выпуск ИМС малой (а) и большой (б) степени интеграции

На рис. 6, а показана пластина полупроводника, на которой изготавливаются девять ИМС малого или среднего уровня интеграции. На рис. 19a показана такая же пластина, на которой расположена только одна большая ИМС (БИС).

Если на пластине имеется локальный дефект (показан на рис. 6, а и б крестиком), то в первом случае придется забраковать 1/9 часть изготовленных ИМС, а в случае БИС негодным окажется 100% изделий. Большим достижением электроники стало преодоление упомянутого препятствия на пути увеличения N: найдены способы создания сложных БИС, которые при этом не теряют своей универсальности. Это программируемые ИМС. Далее развития электроники характеризовалось все усиливающимся применением БИС вплоть до создания однокристальных ЭВМ. Эта тенденция была обусловлена повышением основных технико-экономических показателей электронных устройств управления при использовании БИС.