Susipažinimas su integrinemis schemomisLaboratorinio darbo ataskaita1. Su kokiomis problemomis susiduria radioelektronikos aparatūros kūrėjai šiai aparatūrai sudėtingėjant?Sudėtingėjant elektroninei aparatūrai jos kūrėjai susiduria su problema kaip nedideliame plote sutalpinti kuo daugiau atskirų elementų, kad iš jų sudarytas įrenginys kuo sparčiau, tiksliau ir efektyviau dirbtų. Todėl elektroninės skaičiavimo mašinos (ESM) neišvengė šių trūkumų: a. Didelių gabaritų;b. Sudėtingos šilumos nuvedimo sistemos (aušinimo baseinai);c. Žemo patikimumo lygio (atskirų elementų patikimumo koeficientai yra skirtingi, todėl bendras visos sistemos patikimumas yra žymiai žemesnis nei atskiro elemento).ESM eksploatacija buvo brangi, patikimumas mažas, efektyvaus darbo laikas trumpas. Taigi, norint atlikti sudėtingus veiksmus ir apdoroti ar registruoti įvairaus tipo informaciją, reikėjo iš esmės kito technologinio sprendimo2. Kaip šias problemas išsprendė mikroelektronika? Kokia integravimo, pagrindinio mikroelektronikos principo, esmė?Sukūrus planarinę diskretinių tranzistorių gamybos technologiją, atsirado galimybės realizuoti grupinius tranzistorių gamybos metodus – apdorojant vieną puslaidininkinę plokštelę, gaminti dideli tranzistorių skaičių. Taip susidarė prielaidos sukurti puslaidininkinę integralinę schemą. Elektrinės schemos realizavimo viename kristale idėją 1959 m. nepriklausomai vienas nuo kito pasiūlė JAV mokslininkai R. Noisas ir Dž. Kilbis.Integracija, pagrindinis mikroelektronikos principas, – tai dalių, elementų jungimas į visumą. Konstrukcinė integracija pasireiškia tuo, jog visi elektrinės schemos elementai integralinėje schemoje sudaro nedalomą visumą. Technologinės integracijos esmę sudaro tai. kad integralinių schemų gamyboje taikomi grupiniai gamybos metodai. Mokslinė ir techninė integracija pasireiškia tuo, kad integralinių schemų gamyboje taikomi naujausi fizikos, chemijos, metalurgijos, metrologijos bei kitų mokslo ir technikos šakų laimėjimai.3. Ką vadiname integrine mikroschema?Integralinės schemos yra konstrukcinės, technologinės ir mokslinės veiklos rezultatas. Integralinė schema — tai elektrinės schemos elementų nedaloma visuma, kurios elementai (tiek aktyvūs, tiek pasyvūs) yra tarpusavyje sujungti laidumo takeliais į daugiau ar mažiau sudėtingą elektrinę schemą. Toks elementų integravimas suteikia integrinėms mikroschemoms daugybe pranašumų prieš atskirų elementų schemas
4. Kaip klasifikuojamos mikroschemos?Mikroschemos klasifikuojamos pagal:a. Gamybos technologiją; b. Integravimo laipsnį c. Paskirtį.Šiuolaikinės integralinės schemos pagal gamybos technologiją skirstomos į: a. Plėvelines; b. Hibridines; c. Puslaidininkines.Pagal paskirtį mikroschemos skirstomos i: a. Skaitmenines; b. Analogines; c. Keitiklius.5. Kas yra plėvelinė mikroschema? Kaip ji gaminama?Plėvelinė mikroschema – tai integralinė schema, kurios pagrindą sudaro dielektriko sluoksnis. Ant šie pagrindo plėvelių pavidalu klijuojami visi mikroschemos elementai. Dažniausiai šio tipo integralinėse schemose būna tik pasyvūs elektrinių schemų elementai (pvz. rezistoriai). Atskiri elementai tarpusavyje jungiami laidžiais aliuminio takelius, kurie užgarinami suformavus pasyvius mikroschemos elementus. Šių integralinių schemų pagrindinis trūkumas yra tai, jog negalima pagaminti aktyvių elementų (pvz.”* diodų, tranzistorių). Šis faktorius apriboja plėvelinių mikroschemų praktinio pritaikymo sritis.6. Ką vadiname hibridine mikroschema ir kaip ji gaminama?Hibridinė mikroschema – tai integralinė schema, ant kurios dielektrinio pagrindo tvirtinami tiek pasyvūs, tiek aktyvūs schemos elementai. Ši savybė, t.y. pasyvių ir aktyvių elementų montavimo suderinamumas, praplečia tokio tipo schemų panaudojimo sritį. Mikroschemos gamybos pradžioje yra suformuojami pasyvūs elementai ir laidumo takeliai, o vėliau priklijuojami ir nekorpusiniai aktyvūs elementai. Jie yra pritvirtinami epoksidinės dervos pagalba. Aktyvūs elementai su aliumininiais laidumo takeliais dažniausiai sujungiami auksinėmis 25-150 um skersmens vielutėmis. Sujungimai atliekami termokompresinio, taškinio, ultragarsinio arba lazerinio suvirinimo būdais. Tačiau tokių mikroschemų gamyba dėl sudėtingų technologijų panaudojimo yra gana brangi.7. Kas yra puslaidininkinė mikroschema? Kokiais technologiniais procesais ji gaminama?Puslaidininkine vadinama integralinė schema, kurios elementai ir juos jungiantieji laidūs takeliai sudaryti puslaidininkio monokristalo tūryje ir ant jo pasyvuoto paviršiaus. Atsižvelgiant į svarbiausiuelementų – tranzistorių – tipą, puslaidininkinės integralinės schemos (IŠ) skirstomos i dvipoles ir vienpoles MDP arba MOP integralines schemas. Siekiant išvengti nepageidaujamų ryšių, puslaidininkinių IŠ elementai izoliuojami vienas nuo kito pn sandūrų, dielektrinių sluoksnių arba kombinuotosios izoliacijos būdu. Įdeginus kontaktus ir pasyvaus paviršių, pradedamas IŠ kristalų individualus apdorojimas. Tinkami kristalai pritvirtinami korpusuose (prilituojami arba priklijuojami) ir atliekami būtini elektriniai sujungimai, priklausantys nuo korpuso tipo. Atlikus mikromontažą mikroschema hermetizuojama ir testuojama.Puslaidininkinių mikroschemų savybės: a. Aukštas integravimo laipsnis;b. Galima sukurti įvairių elementų rinkinius; c. Maža kaina.Nepaisant tokių trūkumų, kaip išbarstyti pasyvių elementų parametrai ir apribotas jų diapazonas, puslaidininkinės mikroschemos yra plačiausiai paplitusios buityje.8. Ką vadiname puslaidininkine hibridine mikroschema? Kaip ji gaminama?Puslaidininkinė hibridinė mikroschema – tai integralinė schema, kurios aktyvieji elementai gaminami iš silicio kristalų, o pasyvieji elementai priklijuojami atskirai. Šiuos elementus į visumą jungia bevielio montažo būdu sukurtos plėvelinės kontaktinės aikštelės. Taigi, gaminant hibridines IŠ naudojamas bevielis montažas apversto kristalo būdu. Šios integralinės schemos yra universalios, tačiau pagrindinis jų trūkumas – sudėtinga gamybos technologija ir didelė kaina.9. Kaip klasifikuojamos mikroschemos pagal integravimo laipsnį?Integravimo laipsnį lemia elementų skaičius kristale M: K =lig MK – integravimo laipsnisPirmojo integravimo laipsnio mikroschemose yra iki 10 elementų, antrojo – iki 100 ir t.t. Trečiojo-penktojo integravimo laipsnių mikroschemos vadinamos didelėmis (DIS), šeštojo ir aukštesnių integravimo laipsnių – super didelėmis (SDIS). Taip apibrėžtas integravimo laipsnis nėra tobulas parametras, nes technologinio integravimo laipsnį lemia ne tik elementų skaičius kristale, bet ir kristalų skaičius puslaidininkinėje plokštelėje.LITERATŪRA:1. S. Štaras, R. Kirvaitis. Mikroelektronikos pagrindai.-Vilnius, Mokslas, 1995. – 292p.2. S. Štaras. Elektronikos pagrindai. – Vilnius, Technika, 1998. – 80p.