Микромонтаж изделий интегральной электроники реферат

Обновлено: 04.07.2024

Существенные изменения в полупроводниковой технике связаны, во-первых, с переходом к интегральным микросхемам (ИМС)и, во-вторых, с переходом к большим интегральным микросхемам(БИС).

Интегральной называют микросхему с определенным функциональным назначением, изготовленную не сборкой и распайкой отдельных пассивных и активных элементов, а целиком, в едином технологическом процессе.Интегральная схема может быть изготовлена так, что в объеме одного кристалла полупроводника формиру-ются все ее активные и пассивные элементы. Такая микросхема называется полупроводниковой. Существует технология, при которой в едином корпусе на подложке помещаются отдельные.(дискретные) полупроводниковые кристаллы, на которых выполнены активные элементы. Их выводы подключаются к схеме, содержащей пассивные элементы, выполненные по пленочной технологии.Микросхемы, изготовленные таким способом, называются гибридными Гибридные микросхемы могут содержать в себе несколько полупроводниковых микросхем, объединенных в общем корпусе в единый функциональный узел. Показатель сложности микросхемы характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Большие интегральные схемы также изготавливают в объеме одного кристалла. Они характеризуются большой сложностью и служат в качестве отдельных блоков электронной аппаратуры.

Полупроводниковые интегральные микросхемы.Полупроводниковые интегральные микросхемы изготавливают на одном кристалле введением легирующих примесей в определенные микро области. Современные технологии позволяют создавать в поверхностном объеме кристалла весь набор активных и пассивных элементов, а также межэлементные соединения в соответствии с топологией схемы. В основу классификации ИМС могут быть положены различные признаки. Одним из таких признаков служит технология изготовления. В зависимости от технологии различают гибридные и полупроводниковые ИМС. В свою очередь, гибридные ИМС делят на толстопленочные и тонкопленочные, а в группе полупроводниковых ИМС выделяют подгруппу совмещенных интегральных ИМС. m Признаком классификации интегральных микросхем является также уровень интеграции. По этому признаку выделяют ИМС с малой степенью интеграции (от 1 до 10 логических элементов); со средней степенью интеграции (от 10 до 100 логических элемен' тов); с высокой степенью интеграции, или большие интегральные схемы БИС с количеством логических элементов, превышающим 100. Один логический элемент содержит до восьми схемных компонентов.Еще одним классификационным признаком служит назначениеИМС, по которому их делят на логические и линейные. Малые габариты и массы, большая надежность, высокая стабильность и воспроизводимость параметров, низкий уровень собственных шумов, малое потребление энергии позволяют применять ИМС во многих областях техники.

Гибридные, тонкопленочные полупроводниковые интегральные микросхемы:

Интегральные микросхемы:

Микроэлектроника – это одно из направлений электроники, которое призвано создать миниатюрную высоконадежные аппаратуру с малой потребляемой мощностью, низкой стоимостью и прочим.

Интегральной микросхемой, или сокращённо ИМС, называют монолитное изделие, предназначенное для исполнения функций заданного каскада или целой системы, компоненты которого соединены между собой определенным образом, и которые нельзя отделить один от другого демонтажными операциями. Различают аналоговые микросхемы, которые непрерывно отслеживают и воздействуют на сигнал, и цифровые микросхемы, которые дискретно преобразуют и обрабатывают информацию. Микросхемы классифицируют по степени интеграции, которая равна логарифму от числа деталей n, размещенных в одной ИМС: k = ln n. По методу получения различают три вида ИМС: пленочные, полупроводниковые и гибридные.

В пленочных ИМС детали и соединения осуществляют путём получения пленок малой толщины с различными свойствами, выполненных на подложке из не проводящего электрический ток материала. Пленочные микросхемы разделяют на две группы: на тонкопленочные с толщиной пленки менее 1 мкм и толстопленочные с большей толщиной, часто составляющей порядка 20 мкм. Различие тонкопленочных и толстопленочных ИМС заключено не только в количественной толщине пленок, но прежде всего в технологии их нанесения.

В полупроводниковых ИМС детали и соединения образованы специальными технологическими методами в кристалле полупроводника. Совмещенной называют такую полупроводниковую ИМС, в которой одна часть деталей выполнена методом тонкопленочной, а другая часть – методом полупроводниковой технологии.

В гибридных ИМС, сокращённо называемых ГИС, резисторы и некоторые другие пассивные компоненты получают на диэлектрической подложке методом тонкопленочной технологии, а дискретные бескорпусные активные компоненты располагают рядом на подложке и соединяют проволокой с контактными площадками.

Пленочные микросхемы:

Подложки пленочных микросхем, которые изготавливают из сапфира, ситаллов, керамики и прочего, всегда обладают прямоугольной конфигурацией и толщиной порядка от 0,2 мм до 1 мм. Подложки не должны вступать в химические реакции с материалами плёнок, обязаны обладать низкой степенью шероховатости поверхности, должны обладать высоким электрическим сопротивлением. Нанесение пленок на подложку осуществляют через трафарет, называемый маской. Выполнение пленочных конденсаторов и особенно катушек индуктивности по очень весомым причинам не рекомендуют, однако в отдельных случаях без них всё же не обойтись.

Толстоплёночные контактные площадки выполняют, например, возжжением паст, содержащих алюминий, медь, тантал или в редких случаях золото. Чтобы улучшить адгезию металлических покрытий к подложке, на ней сначала формируют промежуточный слой никеля, который обладает лучшей адгезией, чем другие металлы, а уже на этот слой наносят требуемый материал.

Плёночные резисторы, которые выполняют нанесением на подложку паст, содержащих никель, керметы, тантал, хром и т.д. со связующим веществом, имеют прямоугольную конфигурацию. С целью повышения сопротивления резистора его выполняют в виде соединенных друг с другом многочисленных элементарных одинаковых участков Г-образной или П-образной конфигурации, которые повторяют до тех пор, пока не будет получено необходимое сопротивление, что показано на рис.

Обычно сопротивление такого плёночного резистора может составлять от 0,05 кОм до 50 кОм, а получить много большее или много меньшее сопротивление затруднительно.

Пленочные конденсаторы имеют многослойную структуру и в общем случае образованы двумя электропроводящими пленками, между которыми выполняют слой диэлектрической пленки. Обкладки пленочных конденсаторов изготовляют из электропроводящих пленок, содержащих алюминий, тантал, серебро, медь и подобные материалы. Диэлектрическую плёнку обычно получают из различных оксидов: окиси тантала, трёх сернистой сурьмы, двуокиси кремния, моноокиси германия и пр. Ёмкость пленочных конденсаторов обычно составляет от 10 пФ до 20 нФ.

Пленочные катушки индуктивности имеют спиралевидную форму, что изображено на рис., и образованы нанесением токопроводящих пленок на поверхность подложки.

Индуктивность таких пленочных катушек не превышает 10 мкГн.

Изготовление активных компонентов наслоением плёнок вызывает большие трудности.

Классификация, маркировка микросхем:

Классификация:

Технология интегральной электроники, Ануфриев Л.П., Бордусов С.В., Гурский Л.И., Достанко А.П., Гурский Л.И., 2009.

Учебное пособие включает базовые технологические процессы и оборудование для производства изделий интегральной электроники. Предназначено для закрепления и углубления теоретических знаний, ознакомления с современными технологическими процессами и автоматизированным технологическим оборудованием для изготовления изделий интегральной электроники. Для студентов специальностей "Проектирование и производство РЭС", "Электронно-оптические системы и технологии".

Введение.

В 1948 г. весь потенциал твёрдотельной электроники состоял из одного экспериментального образца транзистора, принцип функционирования которого не был полностью понятен даже его создателям. Через 10 лет твёрдотельные приборы начали широко использоваться вместо вакуумных ламп в радио технике и вычислительной технике, и через некоторое время явились основой создания объекта нового поколения, состоящего из организованного расположения диодов, транзисторов и пассивных электрокомпонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей) на одном кристалле, который получил название интегральная микросхема, или на одной подложке при производстве гибридных микросхем. Способ создания этих новых твердотельных устройств получил название - микроэлектроника. Современный кристалл интегральной микросхемы размером в несколько квадратных сантиметров и массой в несколько миллиграммов обладает значительно большей вычислительной производительностью, чем первые ЭВМ на вакуумных электронных лампах с массой в десятки тонн.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Глава 1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАРШРУТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.
Глава 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПОДЛОЖКИ, ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ИХ ПОВЕРХНОСТИ, РАЗНОВИДНОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЙ.
Глава 3. ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН В ЖИДКИХ СРЕДАХ.
Глава 4. ИОННО-ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН.
Глава 5. ЭПИТАКСИАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ.
Глава 6. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЛОИ И МЕТОДЫ ИХ НАНЕСЕНИЯ.
Глава 7. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК.
Глава 8. ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ.
глава 9. получение электронно-дырочных переходов методом диффузии.
Глава 10. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОРПУСОВ ДЛЯ КОРПУСИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.
Глава 11. СБОРОЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.
Глава 12. МИКРОМОНТАЖ ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.
Глава 13. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ИЗДЕЛИИ ЭЛЕКТРОНИКИ И КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ.
Глава 14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.
ЛИТЕРАТУРА.

Основные материалы изделий интегральной электроники.
Фазовые диаграммы и твердые растворы.
Основные двойные диаграммы состояния широко используемых материалов в.
изделиях интегральной электроники.
Твердая растворимость.
Диаграммы состояния тройных систем.
Основные понятия и определения.
Основные типы структур интегральных микросхем.
Процесс изготовления биполярных ИМС.
Процесс изготовления КМОП ИМС.
Технологический маршрут изготовления мощных диодов Шоттки.
Технологический маршрут изготовления мощных MOSFET-транзисторов.
Технологический маршрут изготовления мощных тиристоров.
Основные характеристики полупроводниковых подложек.
Физико-химические особенности подготовки гладких поверхностей подложек.
Разновидности загрязнений и их влияние на технологические характеристики.
полупроводниковых подложек, источники и механизмы загрязнения поверхности.
подложек.
Процессы удаления загрязнений с поверхности твердых тел.
Чистые производственные помещения.
Контроль дефектности технологического процесса.
Классификация типов обработки поверхности.
Кинетика процесса химического травления.
Механизмы травления полупроводников.
Особенности жидкостного травления полупроводников и полупроводниковых.
соединений.
Особенности жидкостного травления функциональных слоёв.
Электрохимическая обработка поверхности.
Парогазовое травление.
Классификация процессов ионно-плазменного травления.
Механизмы процессов ионно-плазменного травления.
Методы плазменного травления.
Факторы, определяющие технологические параметры процесса плазменного.
травления.
Эпитаксиальные процессы.
Кинетика и механизмы процессов эпитаксии.
Автоэпитаксия кремния.
Гетероэпитаксия кремния.
Эпитаксия соединений типа A3B5 и твердых растворов на их основе.
Дефекты эпитаксиальных слоев.
Стабилизация и защита поверхности ИМС и полупроводниковых приборов.
Процессы окисления и свойства диэлектрических слоев.
Формирование тонких слоев методами химического осаждения из газовой фазы.
Формирование тонких слоев низкотемпературным плазмохимическим осаждением из.
газовой фазы.
Атомно-слоевое осаждение (ALD).
Пленки, получаемые центрифугованием из растворов из кремнийорганических.
соединений (НЦР – пленки).
Термическое испарение материалов в вакууме.
Краткая характеристика испарителей.
Индукционные испарители.
Электронно-лучевое испарение.
Метод ионного распыления.
Катодное распыление.
Магнетронное распыление.
Лазерно-плазменное распыление.
Вакуумное оборудование для формирования пленок.
Установки лазерного распыления.
Процессы в фоторезистах.
Фотошаблоны.
Методы литографии.
Методы повышения качества формирования изображения.
Метод самосовмещения.
Основы диффузионной технологии.
Легирующие примеси и источники диффузии.
Технология проведения процессов диффузии.
Контроль параметров диффузионных слоев.
Ионная имплантация.
Геттерирование.
Эффекты, используемые в технологии СБИС.
Дефекты ионного легирования и способы их устранения.
Отжиг легированных структур.
Диффузия.
Одномерное уравнение Фика.
Постоянные коэффициенты диффузии.
Механизмы диффузии в твердом теле.
Диффузия из бесконечного источника.
Диффузия из ограниченного источника.
Концентрационно-зависимые коэффициенты диффузии.
Атомные механизмы диффузии.
Факторы, влияющие на процессы диффузии.
Способы контроля процессов диффузии.
Типы интегральных микросхем.
Корпуса ИМС и их конструкции.
Требования к конструкции корпусов.
Металлокерамические корпуса.
Металлостеклянные корпуса.
Пластмассовые корпуса.
Корпуса чашечного типа.
Разделение пластин на кристаллы.
Монтаж кристаллов в корпусах эвтектическими припоями и клеями.
Монтаж кристаллов в корпусах легкоплавкими припоями.
Автоматизированный монтаж кристаллов в корпусах вибрационной пайкой.
Контроль качества сборочных операций.
Проволочный микромонтаж изделий интегральной электроники.
Процессы термокомпрессионной микросварки.
Ультразвуковая и термозвуковая микросварка.
Автоматическое оборудование и инструмент.
Монтаж жесткими объемными выводами.
Монтаж кристаллов на плате.
Герметизация корпусов сваркой.
Герметизация корпусов пайкой.
Герметизация пластмассами.
Бескорпусная герметизация.
Контроль герметичности.
Основные причины снижения влагоустойчивости приборов.
Качество и надежность приборов электронной техники.
Конструктивно–технологические особенности ИС, влияющие на их надежность.
Статистические методы управления качеством в производстве интегральных микросхем.
Система контроля технологического процесса.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Микроэлектроника

ВВЕДЕНИЕ

Общие сведения о микроэлектронике

Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).

Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое из приведенных поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.

Современный этап развития электроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС). Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.

Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы. Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений.

Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс, требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технологического воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства.

Эти вопросы находят решение путем использования двух основных классов микросхем -- полупроводниковых и гибридных. Оба эти класса могут иметь различные варианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками. По своим конструктивным и электрическим характеристикам полупроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах.

При массовом выпуске различных ИМС малой мощности, особенно предназначенных для ЭВМ, используются, в основном, полупроводниковые ИМС. Гибридные микросхемы заняли доминирующее положение в схемах с большими электрическими мощностями, а также в устройствах СВЧ, в которых можно применять как толстопленочную технологию, не требующую жестких допусков и высокой точности нанесения и обработки пленок, так и тонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых размеров.

Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различной степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностью и сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью. Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует микроэлектроника. /1/

Цель работы: проектирование топологии гибридной интегральной микросхемы К2ТС241 (RST-триггер)

1. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Характеристика схемы

Гибридные интегральные микросхемы (ГИМ) представляют собой микросхемы, которые содержат кроме элементов, неразрывно связанных с подложкой, компоненты, которые могут быть выделены как самостоятельное изделие.

К ГИМ относятся: микросхемы с высокой точностью элементов и возможностью их подстройки, микросхемы значительной мощности, микросхемы частного применения, микросхемы СВЧ - диапазона.

Цифровые функциональные узлы, содержащие элементы памяти (триггеры), получили название последовательных узлов. К ним относят триггеры, счетчики, делители, распределители импульсов. Эти функциональные узлы входят в состав многих серий ИС.

Цифровую микросхему как функциональный узел характеризуют системой сигналов, которые целесообразно разделить на информационные (X1. Xm — входные, Y1. Yn — выходные) и управляющие (V1. Vk). Каждая схема в соответствии со своим функциональным предназначением выполняет определенные операции над входными сигналами (переменными), так что выходные сигналы (переменные) представляют собой результат этих операций Yj=F(X1. Xm). Операторами F могут быть как простейшие логические преобразования, так и сложные многофункциональные преобразования, имеющие, например, место в БИС памяти, микропроцессоре и др.

Сигналы управления определяют вид операции, режим работы схемы, обеспечивают синхронизацию, установку начального состояния, коммутируют входы и выходы, и т.д.

Данная схема представляет собой импульсное устройство — RST - триггер.

От функциональных возможностей триггеров и режимов управления их работой зависят характеристики регистров, счетчиков и других узлов.

Простейшая схема триггера содержит два входа, на которые поступают управляющие сигналы, и два выхода с разным уровнем напряжений на них: низким и высоким.

При изменении комбинации сигналов на входах триггер скачком переходит из одного состояния в другое, когда изменяются уровни его входных напряжений. Если один из уровней входного напряжения триггера принять за логическую единицу, а другой — за логический ноль, то, подавая определенную комбинацию электрических сигналов на входы триггера, его можно использовать для хранения и обработки двоичной информации, деления и счета числа импульсов и т.д.

В настоящее время широкое распространение в импульсной и цифровой технике получили интегральные триггерные устройства, реализованные на основе логических схем И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

Асинхронный Т-триггер имеет один информационный вход и переключается фронтом, либо срезом поступающих на его вход импульсов. Его называют счетным, так как число его переключений соответствует числу поступающих на его вход импульсов.

Схема может находиться в двух устойчивых состояниях, каждое из которых определяется комбинацией сигналов на входах триггера. Работа триггера RST-типа отражена в таблице 1. Структурная схема RST-триггера представлена на рисунке 1.

Читайте также: