ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2019
Просмотров: 739
Скачиваний: 3
При бомбардировке положительными ионами инертного газа поверхность катода одновременно подвергается воздействию молекул остаточных активных газов. Это приводит к образованию оксидных пленок на катоде, которые резко снижают скорость распыления (часть оксида переносится на подложку). На поверхности подложки вместе с распыленными атомами присутствуют и отрицательно заряженные активные ионы остаточных газов, которые также способствуют формированию оксидных пленок.
Нанесение толстых пленок
Толстопленочные ГИС выполняют методом трафаретной печати последовательным нанесением на керамическую подложку различных по составу паст и их последующим вжиганием, в результате образуется прочная монолитная структура с толщиной пленки 10-70 мкм.
Функциональные материалы придают пленкам необходимые физические свойства. В процессе вжигания эти частицы должны оставаться в твердой фазе и равномерно распределяться в стекле по объему формируемого элемента.
В зависимости от состава функциональной составляющей различают проводниковые, резистивные и диэлектрические пасты.
Проводниковые пасты содержат порошок благородных металлов (серебро, смесь серебро-палладий, золото), который составляет 70-80 % от общей массы твердой фазы пасты. Палладий вводят для снижения коррозии и миграции, а также уменьшения стоимости пасты. Проводниковые пасты должны обеспечить низкое электрическое сопротивление проводников, способность их к пайке.
В резистивных пастах количество функционального материала определяется удельным сопротивлением. Наибольшее применение нашли резистивные пасты на основе палладия и соединений рутения. В первой из них свойства резистора определяются оксидом палладия, образующимся во время вжигания.
Более высокой стабильностью сопротивления, меньшей чувствительность к колебаниям температуры вжигания обладают резисторы, выполненные на основе диоксида рутения. Поэтому резистивные пасты на основе соединений рутения становятся преобладающими в толстопленочной технологии.
Диэлектрические пасты применяют для изготовления конденсаторов.
Нанесение паст производится на установке трафаретной печати продавливанием пасты через отверстие сетчатого трафарета.
Для изготовления толстопленочных ГИС требуется комплект трафаретов для нанесения определенного пленочного слоя: проводникового, одного или нескольких резистивных, изолирующих и т.д. Каждому трафарету соответствует определенный фотошаблон.
Основным элементом трафарета является сетка из нейлона или нержавеющей стали с размером ячейки 80-240 мкм. Выбор размера ячейки определяется требованиями толщины и ширины пленочных элементов. Сетка натягивается на держатель – алюминиевую рамку, зажимается и обрезается по краям. Размер рамки должен обеспечить расстояние 25-50 мм от краев рисунка схемы до краев трафарета. На натянутую сетку наносится слой фоточувствительной эмульсии. Методом фотолитографии формируется необходимый рисунок. После травления образуются окна в эмульсионном слое, обнажающие сетку, через которые при нанесении будет продавливаться паста.
Очищенная подложка устанавливается в держатель подложки установки трафаретной печати, сверху помещают держатель трафарета с требуемым трафаретом. На него подают соответствующую пасту и с помощью ракеля наносят ее на подложку. Ракель заполняет пастой отверстия в трафарете, прогибает его до соприкосновения с подложкой и продавливает пасту через отверстия в трафарете. Благодаря свойству тиксотропности слой нанесенной пасты не расплывается по подложке, сохраняя рисунок, заданный трафаретом. От материала и формы рабочей части ракеля зависит качество трафаретной печати. Рабочую часть ракеля изготавливают из уретана или полиуретана. В течение рабочего хода ракель должен плотно прилегать к трафарету, обеспечивая постоянство давления, оказываемого на пасту, что достигается благодаря держателю ракеля.
Кроме трафаретной печати можно наносить резистивные пасты под давлением с помощью пневматического дозатора.
После нанесения производится сушка и вжигание пасты. При сушке (120-2000 С) происходит удаление летучих органических растворителей. Лучше использовать инфракрасную сушку. При других методах сушки на поверхности слоя пасты может образоваться корка, препятствующая выходу летучих веществ, вследствие чего после вжигания пленка может быть пористой и содержать раковины.
Сборка ГИС заключается в установке на подложку навесных компонентов и их электрическом присоединении к пленочным проводникам. В качестве навесных компонентов используют полупроводниковые бескорпусные ИМС и БИС, а также различные электрорадиоэлементы.
Пленочные конденсаторы занимают большую площадь на подложке, требуют нескольких циклов нанесения и вжигания. Трудоемкость изготовления толстопленочных конденсаторов ограничивают их применение, поэтому в толстопленочных ГИС чаще применяют навесные конденсаторы. В толстопленочных ГИС обычно используют пленочные резисторы.
Дискретные полупроводниковые компоненты толстопленочных ГИС имеют балочные, гибкие проволочные и жесткие выводы. Монтаж навесных компонентов на подложку производят методом пайки мягким припоем или с помощью токопроводящих клеев.
Изготовленную толстопленочную ГИС устанавливают в корпус и герметизируют. Надежность ГИС, стабильность ее параметров обеспечиваются на всех этапах изготовления.
Применение ГИС микросхем в микроэлектронной аппаратуре
Особенности применения ГИС в МЭА
В аналоговой аппаратуре ГИС по сравнению с полупроводниковыми ИМС имеют более широкие схемотехнические возможности благодаря использованию различных навесных компонентов (полупроводниковых ИМС, транзисторов, конденсаторов, индуктивных катушек и т.д.). ГИС позволяют реализовать широкий класс функциональных электронных схем – усилителей, преобразователей, коммутаторов, вторичных источников питания, являясь при этом экономически целесообразными в условиях серийного и даже мелкосерийного производства.
Классификация направлений функциональной микроэлектроники
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 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.
Сложными становятся проблемы топологии и теплоотвода. Поэтому в отдаленной перспективе интегральная микроэлектроника уже не будет полностью удовлетворять разработчиков сложной радиоэлектронной аппаратуры.
Функциональная микроэлектроника предполагает принципиально иной подход, позволяющий реализовать определенную функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твердом теле. В этом случае локальному объему твердого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, и промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной электрической схемы не требуется. Функциональные микросхемы могут выполняться не только на основе полупроводников, но и на основе таких материалов, как сверхпроводники, сегнетоэлектрики, материалы с фотопроводящими свойствами и др. Для переработки информации можно использовать явления, не связанные с электропроводностью (например, оптические и магнитные явления в диэлектриках, закономерности распространения ультразвука и т.д.).
Таким образом, функциональная микроэлектроника охватывает вопросы получения специальных сред с наперед заданными свойствами и создания различных электронных устройств методом физической интеграции, т. е. использования таких физических принципов и явлений, реализация которых позволяет получить приборы со сложным схемотехническим или системотехническим функциональным назначением.
В функциональной микроэлектронике начинают использовать:
Оптические явления (когерентная и некогерентная оптика, нелинейная оптика, электрооптика, магнетооптика) — на их основе зародилась оптоэлектроника
Физические явления, связанные с взаимодействием потока электронов с акустическими волнами в твердом теле (акустоэлектроника).
Новые магнитные материалы (слабые ферромагнетики и магнитные полупроводники), в которых используются электромагнитные процессы на доменном уровне.
Покоящиеся и движущиеся электрические неоднородности (домены и шнуры) в однородных полупроводниках.
Явления, связанные с изменением структуры конденсированных тел на молекулярном уровне (квантовая и молекулярная микроэлектроника).
Элементы на основе эффекта Ганна. (Эффе́кт Га́нна — явление возникновения осцилляций тока (~ 109—1010 Гц) в однородном многодолинном полупроводнике при приложении к нему сильного электрического поля. Впервые этот эффект наблюдался Джоном Ганном в 1963 г. на арсениде галлия, затем явление осцилляций тока было обнаружено в фосфиде индия, фосфиде галлия и ряде других полупроводниковых соединений.
Диод Ганна — тип полупроводниковых диодов, использующийся для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ. В отличие от других типов диодов, принцип действия диода Ганна основан не на свойствах p-n-переходов, а на собственных объёмных свойствах полупроводника.)
Явления холодной эмиссии, которые позволили создать электровакуумные приборы в микроэлектронном исполнении с применением пленок.
Аморфные материалы (не имеющие кристаллического строения), обладающие симметричной S-образной вольт-амперной характеристикой. Время переключения прибора составляет 1,5×10-10 с. Наиболее перспективными из аморфных полупроводников (пленки толщиной не более 1 мкм) являются Si, Ge, As, Te, In, Se или их сплавы, а также диэлектрики на основе окислов этих полупроводников или окислов тугоплавких металлов переходной группы, например, Ti, Ta, Mo, Nb.
Приборы на эффекте Джозефсона, суть которого состоит в том, что через достаточно тонкую (порядка 2 нм) диэлектрическую прослойку между сверхпроводящими слоями при низких температурах даже в отсутствие разности потенциалов может протекать своеобразный туннельный ток, легко управляемый сравнительно слабыми внешними сигналами.
Приборы на основе накопления и переноса зарядов.
Логические операции и таблицы истинности
Основой цифровой техники служат три логические операции, лежащие в основе всех выводов компьютера. Это три логические операции: И, ИЛИ, НЕ, которые называют «тремя китами машинной логики».
В компьютере логические функции реализуют логические элементы. Логический элемент (вентиль) – это часть электронной логической схемы, которая реализует элементарную логическую функцию, т.е. это электронная схема, которая формирует выходной сигнал в соответствии с простой булевой операцией преобразования сигналов, поданных на его входы.
Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И–НЕ, ИЛИ–НЕ и другие, а также триггер.
С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.
Самой простой логической операцией является операция НЕ, по-другому ее часто называют отрицанием, дополнением или инверсией и обозначают NOT ( ).
Если А – истинно, то Ā – ложно и наоборот
|
А |
Ā |
|
0 |
1 |
|
1 |
0 |
Результат отрицания всегда противоположен значению аргумента. Логическая операция НЕ является унарной, т.е. действие выполняются над одним операндом. В отличие от нее, операции И (AND) и ИЛИ (OR) являются бинарными, так как представляют собой результаты действий над двумя логическими величинами.
Например, A – идет дождь; Ā – не идет дождь (не(А) или not(A))
Логическое И еще часто называют конъюнкцией, или логическим умножением, Операция И (обозначается «И», «and», «&», А•В) имеет результат «истина» только в том случае, если оба ее операнда истинны.
Таблица истинности:
|
A |
B |
F |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
Если F = A&B, то F истинно тогда и только тогда,
когда истинны и А и В
Например, A – пасмурно; B – идет дождь.
Можно записать: A&B (читается пасмурно и идет дождь)
Операция ИЛИ – дизъюнкция, или логическое сложение.
(обозначается «ИЛИ», «or», А+В) «менее привередлива» к исходным данным. Она дает «истину», если значение «истина» имеет хотя бы один из операндов. Разумеется, в случае, когда справедливы оба аргумента одновременно, результат по-прежнему истинный.
|
A |
B |
F |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
Если F = A+B, то F ложно тогда и только тогда, когда ложны и А и В.
Например, A – пасмурно; B – идет дождь.
Можно записать: A+B (читается пасмурно или идет дождь)
Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которой можно построить сколь угодно сложное логическое выражение. В вычислительной технике также часто используется операции импликация и эквивалентность.
Логическое следование: импликация – связывает два простых логических выражения, из которых первое является условием (А), а второе (В) – следствием из этого условия. Результатом импликации является ЛОЖЬ только тогда, когда условие А истинно, а следствие В ложно. Обозначается символом "следовательно" и выражается словами ЕСЛИ … , ТО …
Таблица истинности:
|
A |
B |
F |
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
1 |
Логическая равнозначность: эквивалентность (конвергенция) – определяет результат сравнения двух простых логических выражений А и В. Результатом эквивалентности является новое логическое выражение, которое будет истинным тогда и только тогда, когда оба исходных выражения одновременно истинны или ложны. Обозначается символом "эквивалентности".
Таблица истинности:
|
A |
B |
F |
|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
1 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Гибридная технология микроэлектронных устройств развивается и совершенствуется в направлении создания конструкций, обеспечивающих высокую плотность и точность монтажа полупроводниковых БИС и СБИС и хороший теплоотвод от этих компонентов. Определенные преимущества дает сочетание в одном изделие тонкопленочной и толстопленочной технологии, получившей название дигибридной.