Классификация и система обозначения интегральных микросхем

Интегральные микросхемы представляют собой конструктивно законченные миниатюрные электронные устройства, предназначенные для усиления, генерирования или преобразования электрических сигналов. Они состоят из кристалла полупроводника (германия или кремния), в котором отдельные участки эквивалентны активным (диод, транзистор) или пассивным (резистор, конденсатор, катушка индуктивности) элементам.

Микросхемы помещают в металлические или металло-стеклянные корпуса (рис. 36) прямоугольной формы размером 22X22X4 мм или цилиндрической диаметром 9,4 мм. Корпуса могут быть также изготовлены из полимерных материалов, а выводы — из латуни. Бескорпусные микросхемы защищают, выполняя заливку полимерными материалами — термореактивными компаундами.

Микросхемы классифицируются по технологическим принципам их изготовления, интеграции элементов и функциональному назначению.

По технологии изготовления микросхемы делятся на полупроводниковые и гибридные. В полупроводниковых интегральных микросхемах все элементы и соединения их выполняются в объеме или на поверхности полупроводникового материала. Гибридные микросхемы отличаются тем, что в них только часть элементов выполняется методом интегральной технологии, а остальные (обычно активные) элементы имеют самостоятельное конструктивное оформление.

Гибридные микросхемы в зависимости от толщины пленок и методов нанесения их на поверхности подложки делятся на тонкопленочные (толщина пленки менее 1 мкм) й толстопленочные (толщина пленки более 1 мкм). При изготовлении микросхем для бытовой радиоаппаратуры применяют в основном гибридную толстопленочную технологию, которая сравнительно проста и не требует сложного оборудования и дорогостоящей измерительной техники. Основным недостатком толстопленочных микросхем является малая степень интеграции, однако ее можно повысить, выполнив пассивные элементы на обеих сторонах подложки.

По интеграции элементов (количеству входящих в микросхему транзисторов, диодов, резисторов и других элементов) микросхемы подразделяются на схемы малой (первой), средней (второй) и большой (третьей) степени интеграции. Микросхемы, содержащие до 10 элементов, называют малыми, от 10 до 100 элементов — средними, свыше 100 — большими.

По функциональному назначению интегральные микросхемы делятся на цифровые (логические) и линейно-импульсные. Цифровые микросхемы предназначены, для обработки электрических сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции. Такие микросхемы используются в системах автоматики и электронно-вычислительных машинах. Линейно-импульсные (аналоговые) микросхемы применяют для усиления, генерирования и преобразования сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Они используются в качестве усилителей низкой и высокой частоты, смесителей, детекторов, генераторов и т. д.

Микросхемы широкого применения разрабатываются, как правило, в виде серий. Серия — это совокупность микросхем, имеющих единую конструктивно-технологическую основу, но выполняющих различные функции. В сериях микросхемы согласованы по напряжениям источников питания, входным и выходным сопротивлениям, по уровням сигналов, а также удовлетворяют единым климатическим и механическим требованиям. Например, серия К224 выполняется по толстопленочной гибридной технологии с использованием бескорпусных дискретных транзисторов и конденсаторов, включает 19 микросхем, которые оформлены в прямоугольные металлополимерные корпуса. Каждая микросхема имеет 9 выводов и рассчитана на вертикальное расположение.

На вновь разрабатываемые и модернизируемые микросхемы установлена следующая классификация и система обозначения. По конструктивно-технологическому исполнению их подразделяют на три группы, которым присвоены цифровые обозначения: .1, 5, 7 — полупроводниковые; 2, 4, 6, 8 — гибридные; 3 — прочие (пленочные, вакуумные, керамические, и т. д.).

Обозначение интегральных микросхем состоит из следующих элементов: первый элемент — цифра, указывающая группу микросхемы; второй элемент - две цифры — порядковый номер разработки серии (0 до 99); третий элемент—две буквы — подгруппа и вид микросхемы; четвертый элемент — порядковый номер разработки микросхемы в данной серии. Для микросхем широкого применения в начале обозначения ставится буква К.

После обозначения порядкового номера разработки серии микросхемы может стоять буква русского алфавита или цветная точка, указывающая на различие электрических параметров. Конкретные значения электрических параметров и цвет маркировочной точки даются в технической документации на микросхемы. Например, К2УН242 означает: К—микросхема, используемая в устройствах широкого применения; 2 — группа конструктивно-технологического исполнения; УН — усилитель низкой частоты; 242 — порядковый номер разработки серии.

Полупроводниковые твердые схемы

Твердые схемы представляют собой устройства, состоящие из кристаллов полупроводника, выполняющих функции активных и пассивных элементов схемы без внешних соединений. Активные элементы в таких схемах формируются из р —п - и п —р-переходов , создаваемых путем внесения до-норных или акцепторных примесей.

Транзисторы в твердых схемах образуются двумя р — n переходами, получаемыми на одном монокристалле полупроводника. Диоды выполняют методом планарной (плоской) структуры в едином технологическом цикле с изготовлением транзисторов. Первоначально диодам придают транзисторную структуру, а затем в зависимости от назначения диода пользуются р —п - или n —р-переходами .

Резисторы образуются методом диффузии с номинальными значениями до 500 кОм. Отделение их от остальной части схемы осуществляется методом изолирующей диффузии. Точность диффузионных резисторов составляет ±10 %.

Конденсаторы в твердых схемах выполняют с помощью барьерной емкости р —л-перехода. Для заданного материала емкость таких конденсаторов зависит от ширины и площади перехода.

Таким образом, в твердых схемах электронные элементы получают путем создания в полупроводниковой пластине участков, которые в совокупности выполняют функции, аналогичные функциям электронных схем. Создание самых разнообразных схемных решений обеспечивается надежной изоляцией отдельных областей, которая, как правило, осуществляется включением дополнительных переходов в обратном направлении. Внутрисхемные соединения и контактные площадки для присоединения внешних выводов выполняют напылением пленки алюминия на поверхность пластины кремния. Внешние выводы присоединяют методом термокомпрессии . Для защиты от внешних механических и климатических воздействий готовую схему герметизируют в корпус, имеющий два ряда жестких штырьковых выводов круглого или прямоугольного сечения.

Использование твердых схем обеспечивает чрезвычайно высокую плотность упаковки, уменьшение числа коммутационных проводов и соединений, упрощение изготовления сложных схем и высокую надежность изделий.

Характерными недостатками твердых схем являются ограниченность номинальных величин параметров элементов, температурная зависимость характеристик активных и пассивных элементов, трудности строгого соблюдения оптимальных допусков на каждый из элементов моноблочной схемы.