Толстопленочные гибридные интегральные микросхемы

Толстопленочными гибридными называют такие гибридные интегральные микросхемы (ИМС), толщина пленок которых больше 1 мкм. Толстопленочные гибридные ИМС имеют такое же назначение, как и другие виды ИМС, то есть генерирования и обработки сигналов, запись, хранение и воспроизведения информации.

Классификация. Толстопленочные гибридные ИМС классифицируют по большинству тех признаков, по которым классифицируют ИМС вообще, в том числе по функциональным назначением (аналоговые и цифровые), по степени интеграции (малые, средние, большие, сверхбольшие), за применением (общего и ограниченного применения), по частотой (низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные), по мощности (мощные, маломощные, микромощные, нановатные).

Условные изображения и обозначения. Специальных условных изображений толстопленочные гибридные ИМС не имеют.

Строение. Основными элементами конструкции толстопленочных гибридных ИМС является плата вместе с изготовленными на ней толстопленочных пассивными элементами, навесные компоненты, корпус и перемычки, соединяющие контактные площадки платы с внешними выводами корпуса. В отдельных конструкциях внешние выводы вставляют в отверстия платы, к которым подходят контактные площадки, поэтому в них перемычки отсутствуют. Платы применяют керамические, так что они имеют высокую термостойкость, которой требует толстоплёночная технология. На них изготавливают толстопленочные пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, проводники соединения и контактные площадки). Катушки индуктивности толстопленочными методами не изготовляют. Толстопленочные элементы отличаются от тонкопленочных преимущественно материалом, большей шириной и толщиной, упрощенной конфигурацией, обусловлено спецификой толстопленочной технологии.
Активные элементы толстопленочных гибридных ИМС ничем не отличаются от активных элементов тонкопленочных гибридных ИМС. Основными материалами толстопленочных элементов является пасты,
состоят из трех компонентов: фриты (измельченного стекла) наполнителя, которым есть серебро, золото, палладий, платина, сегнетоэлектрики и тому подобное; органические связи (например, скипидарные-канифолевые). Толстопленочные резисторы — это резистивные толстые пленки, толщина которых 20 … 30 мкм квадратной или прямоугольной формы (толстоплёночная технология не позволяет изготавливать сложные конфигурации), нанесенные на поверхность керамической платы (рис. 1).

Конструкции толстопленочных резисторов

Рис. 1. Конструкции толстопленочных резисторов

Все они вытянуты в одну сторону — сторону нанесения пасты, имеют большую за расчетную ширину, которая обеспечивает возможность лазерной подгонки, размещенные поверх контактных площадок (рис. 2).

Толстопленочные резисторы после лазерной подгонки

Рис. 2. Толстопленочные резисторы после лазерной подгонки

Толстопленочные конденсаторы — это трехслойные структуры металл-диэлектрик-метал квадратной или прямоугольной формы, суммарная толщина которых достигает З0 … 40мкм (рис. 3).

Конструкции толстопленочных конденсаторов

Рис. 3. Конструкции толстопленочных конденсаторов

Проводниковые соединения (коммутация) толстопленочных гибридных ИМС вместе с толстопленочными резисторами показаны на рис. 4. Видно, что круглые контактные площадки проводниковых соединений подходят непосредственно к отверстий в плате. В тех вариантах конструкции, платы которых проемов не имеют, контактные площадки толстопленочных ИМС подобные контактным площадкам их тонкопленочных аналогов.

Топология толстопленочной гибридной ИМС

Рис. 4. Топология толстопленочной гибридной ИМС

Навесные компоненты толстопленочных гибридных ИМС аналогичные навесным компонентам тонкопленочных ИМС.
Сборочный чертеж толстопленочной гибридной ИМС приведен на рис. 5. Видно, что оно в значительной степени вроде сборочного чертежа тонкопленочных гибридных ИМС, но одновременно учитывает специфику конструкций толстопленочных элементов, о которой говорилось выше.

Свойства. Толстопленочные гибридные ИМС вследствие большей чем тонкопленочные гибридные толщины элементов и использования високотеплопроводных керамических подложек рассеивают больше мощности. Технология их проще, поэтому они имеют более низкую стоимость. Рабочие частоты в них ниже, в основном вследствие большей шероховатости подложек. Параметры пленочных элементов хуже прежде всего через их концептуальные технологические особенности. Плотность компоновки элементов ниже, в основном вследствие их больших размеров и больших расстояний между ними.

Сборочный чертеж гибридной толстопленочной ИМС

Рис. 5. Сборочный чертеж гибридной толстопленочной ИМС

Типичные параметры толстопленочных резисторов и конденсаторов приведены в табл. 2.15 и 2.16.

Таблица 2.15. Типичные параметры толстопленочных резисторов

Типичные параметры толстопленочных резисторов

Таблица 2.16. Типичные параметры толстопленочных конденсаторов

Типичные параметры толстопленочных конденсаторов

Видно, что толстопленочные резисторы по сравнению с тонкопленочными имеют широкий диапазон значений удельного поверхностного сопротивления, широкий диапазон номинальных значений, большую удельную мощность рассеяния. В то же время они имеют низкую температурную стабильность и больший разброс номинальных значений сопротивления, поэтому они требуют подгонки. С табл. 2.16 видно, что толстопленочные конденсаторы по сравнению с тонкопленочными имеют меньшую удельную емкость, меньший диапазон номиналов емкости, меньшую точность. В то же время их рабочие напряжения больше, прежде всего вследствие большей толщины диэлектрических прокладок. Высокое качество навесных активных компонентов и посредственное качество толстопленочных пассивных элементов (ниже тонкопленочные, но выше полупроводниковые), также сравнительно низкая стоимость позволяют производить в толстопленочных гибридном виде целый ряд аналоговых ИМС прежде всего для бытовой
техники. Примером может быть показана на рис. 6 схема универсального усилителя, который может работать в диапазоне 10-110 МГц.

Схема универсального усилителя, реализованного в виде толстопленочной гибридной ИМС

Рис. 6. Схема универсального усилителя, реализованного в виде толстопленочной гибридной ИМС

Если используют навесные контуры и конденсаторы, эта ИМС позволяет создавать усилители высокой и промежуточной частот, смесители, гетеродина. Другим примером толстопленочной гибридной аналоговой ИМС может быть показана на рис. 7 схема смесителя и гетеродина тракта УКВ-4М.

Схема смесителя и гетеродина, реализованная в виде толстопленочной гибридной ИМС: а - схема включения; б - упрощенная схема гетеродина

Рис. 7. Схема смесителя и гетеродина, реализованная в виде толстопленочной гибридной ИМС: а — схема включения; б — упрощенная схема гетеродина

При использовании навесных контуров и конденсаторов эта ИМС позволяет создавать преобразователь частоты с отдельным гетеродином для радиоприемников с частотной модуляцией, которые работают в УКВ-диапазоне. Рабочий диапазон частот смесителя 10 … 110 МГц. На рис. 8 показана схема детектора АМ и усилителя АРУ в тракте АМ, реализована в виде толстопленочной гибридной ИМС.

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 8. Схема детектора АМ и усилителя АРУ в тракте АМ, реализована в виде толстопленочной гибридной ИМС

Эта гибридная толстоплёночная ИМС позволяет при подключении соответствующих контуров и элементов создавать детекторы амплитудно-модулированных сигналов и АРУ, а также усилитель постоянного тока для системы АРУ.

Применение. Хорошие параметры, сравнительно невысокая стоимость, значительная рассеиваемая мощность позволяют широко применять аналоговые толстопленочные гибридные ИМС, как в бытовой, так и в промышленной, военной и даже космической технике, где из них изготавливают радиоприемники с ДХ-, СХ-, КХ- и УКВ-диапазонов, магнитофоны, телевизоры и другие устройства.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*