Основи електроніки (стр. 25 )

Плівкові резистори можуть працювати при напрузі до декількох сотень вольт на частотах до декількох сотень мегагерц.

Конденсатори. Плівкові конденсатори зазвичай складаються з трьох

Рис. 2

 

шарів: двох металевих обкладок (електродів) і діелектричного шару між ними (рис. 2, а). Як матеріали для обкладок найчастіше використовують алюміній, а також золото, срібло, тантал, мідь і ін. Діелектриками служать моноокись кремнію, моноокись германію, трьохсерниста сурма, п'ятиокис танталу, боросилікатне і алюмосилікатне скло і т. д.

Ємність плівкового конденсатора визначається за формулою

де С - ємність, пФ; е - діелектрична проникність діелектрика, s - площа обкладок конденсатора, см2; d - товщина діелектрика, см.

Ємність конденсатора, площа обкладок якого дорівнює 1 см2, називають питомою ємністю С0 (виражається вона в пФ/см2):

Як видно з формули, величину питомої ємності визначають діелектрична проникність і товщина діелектрика. Для отримання великої питомої ємності застосовують діелектрики з високим значенням діелектричної проникності, а також зменшують товщину діелектрика, яка зазвичай становить десяті частки мікрометра.

Електрична міцність діелектрика оцінюється величиною пробивної напруги U'проб і відповідним значенням напруженoстi електричного поля Eпр, між якими існує залежність

Важливим експлуатаційним показником конденсаторів є температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ), що визначається за формулою

де С1-ємність при первісній температурі; С2-ємність при підвищеній температурі.

Основні електричні й експлуатаційні властивості плівкових конденсаторів наведені в табл.2.

Таблиця 2. Електричні та експлуатаційні властивості плівкових конденсаторів

Розрахунок плівкових конденсаторів при вибраній товщині діелектрика зводиться до визначення площі обкладок за формулою

(Сн - заданий номінал ємності).

Рис. 3

 

Нижня обкладка при формуванні тришарового конденсатора повинна виступати за край обкладки не менше ніж на 0,2 мм (рис. .2, б).

Сучасні тонкоплівкові конденсатори дозволяють отримати ємність від одиниць пікофарад до мікрофарад (з точністю ± 5 ... 15%) на робочі напруги до 20 В. Підганяти величину ємності можна механічно, аикористовуючи специфічний для плів очних схем процес – випалювання.. При необхідності отримання великих ємностей застосовують дискретні конденсатори.

Індуктивності. У тонкоплівкових схемах застосовують плівкові індуктивності у вигляді одношарової спіралі (рис. .3). В якості матеріалу спіралі зазвичай використовують золото, так як воно має гарну провідність. Такі спіралі мають дуже малу індуктивність (одиниці мкГн/см2). При виготовленні більших індуктивностей важко одночасно задовольнити двом суперечливим вимогам -

Рис. 3

зменшити габарити і отримати високу добротність. Найбільш доцільна форма індуктивності - квадратна. Подібна індуктивність, наприклад, на 10 мкГн, містить 46 витків шириною 0,05 мм кожен при відстані між витками 0,1 мм; розмір котушки 15 X 15 мм. Оскільки виготовлення тонкоплівкових індуктивностей пов'язано з більшими труднощами, в тонкоплівкових схемах застосовують головним чином дискретні мікрокотушки індуктивності з осердям з порошкового заліза або зі спеціальних феритів.

7.4 Основи проектування і технологія виготовлення гібридних ІМС

Особливістю конструювання гібридних інтегральних мікросхем є поєднання конструктивних і технологічних рішень, пов'язаних з формуванням тих чи інших компонентів схеми. Розглянемо основні етапи виготовлення гібридних інтегральних мікросхем.

Рис. 4

 

I етап - аналіз принципової електричної схеми і дослідження можливостей її реалізації у вигляді плівкової гібридної мікросхеми. На цьому етапі визначають типи застосовуваних елементів, їх номінальні параметри, виявляють, які елементи будуть виконані в плівковому виконанні, а які - в дискретному, а також кількість і розташування контактних площадок. З цією метою перетворять принципову електричну схему виробу в комутаційну. Приклад такого перетворення наведено на рис. 4. На комутаційній схемі навісні елементи не зображують (їх виводи показують контактними майданчиками).

II етап - розробка топологічної структури плівкової мікросхеми. Топологічне креслення мікросхеми це конструкторський документ, визначаючий орієнтацію і взаємне розташування всіх елементів мікросхеми на площі підкладки, а також форму і розміри пасивних елементів.

Для складання топологічного креслення необхідно попередньо розрахувати геометричні розміри всіх плівкових елементів і на цій основі визначити площу підкладки.

За обчисленою площею підкладки вибирають її типорозмір з ряду рекомендованих. Далі вирішується задача оптимального розміщення на підкладці всіх елементів мікросхеми. При цьому необхідно мати на увазі, що однозначного рішення топології мікросхеми не існує, і розробнику

доводиться міняти розташування елементів до тих пір, поки не буде знайдений оптимальний варіант, задовольняючий ряду конструктивно-технологічних вимог. Слід враховувати, зокрема, що при створенні складної багатоелементної мікросхеми є небезпека виникнення паразитних зв'язків і наводок між розміщеними на одній підкладці різними функціональними вузлами. Так як інтуїтивна розробка топологічного креслення не завжди дозволяє врахувати всі фактори, що впливають на роботу мікросхеми, для розробки топологічних креслень з успіхом використовуються ЕОМ.

Рис.5

Плівкові мікросхеми можуть бути одношаровими або багатошаровими.. Збільшення числа шарів дозволяє скоротити обсяг мікросхеми і збільшити щільність упаковки до декількох сотень елементів в 1 см3, але викликає значні технологічні труднощі. Тому рекомендується максимально використовувати площу підкладки при мінімальному числі шарів (не більше 25). Зазвичай плівки елементів, для отримання яких потрібно найбільш висока температура, наносяться першими. Як правило, з метою кращого

тепловідведення на поверхні підкладки розташовують резистивні плівки, потім проводять плівки міжзвязкові і обкладки конденсаторів, та далі - діелектричні плівки.

Рис. 5

Як приклад на рис. 5 наведено загальне топологічне креслення емітерного повторювача, його принципова електрична схема і таблиця для розшифровки елементів.

На загальному топологічному кресленні не показаний транзистор Т1, але в нижній частині зображення є два хрест-навхрест розташованих куточка. Куточки є технологічними знаками і позначають місцерозташування навісних елементів. Трикутник в нижньому лівому куті плати є ключем даної мікросхеми і служить для її орієнтації. Топологічне креслення плівкової мікросхеми зазвичай виконують в укрупненому масштабі (10: 1 або 20: 1). Розміри і розташування плівкових елементів задають координатною сіткою з кроком 0,1 або 0,2 мм, а також способом прямокутних координат.

Рис. 6

 

Крім загального топологічного креслення, в комплект конструкторської документації на гібридну і плівкову мікросхему входять топологічні креслення окремих шарів ( пошарові креслення). Так, на рис. 6 в збільшеному вигляді показаний креслення резистивного шару, де позначені контури всіх резисторів, що входять в схему емітерного повторювача (рис. 5, б). Чотири вершини кожного прямокутника, що позначає резистор, пронумеровані і координати їх відносно вибраних осей х і у занесені в таблицю.

III етап - виготовлення фотошаблонів і масок. На основі топологічного креслення в фотолабораторії виготовляють мініатюрні фотошаблони, розміри яких відповідають розмірам мікросхеми. Фотошаблони виконують на фотопластинках з роздільною здатністю близько 400 ліній / мм На їх основі виготовляють маски (трафарети), через які напиляють необхідні матеріали. В якості підкладок для масок використовують нікельовану мідну фольгу, фольгу з нержавіючої сталі, з бронзи і т. д.

Необхідний малюнок маски можна отримати пропалюванням підкладок електронним променем або травленням. Найбільше поширення отримав другий спосіб. Щоб отримати малюнки травленням підкладки, користуються способом фотолітографії. В процесі фотолітографії використовується світлочутливий полімерний матеріал - фоторезист.