Конструктивно-технологические особенности интегральных микросхем

Пленочные интегральные микросхемы (ПИМС)

Пленочные ИМС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т.е. резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и соединения между элементами, в таких схемах выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не изготовляются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы.

Конструктивно толстопленочные и тонкопленочные ИС отличаются толщиной пленок и технологией нанесения пленок на подложку, а общая конструкция их одна и та же.

Подложка представляет собой диэлектрическую пластину толщиной 0,5—1 мм, тщательно отшлифованную и отполированную. Для создания резистора на подложку наносят резистивную пленку. Если сопротивление резистора очень большое, то пленка делается из сплава высокоомного сопротивления, например из нихрома, а для резисторов низкого сопротивления применяют смесь металла с диэлектриком (керамика), которая называется керме- том. На концах резистивной пленки делают выводы в виде металлической пленки, которые между тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление резистора зависит от толщины и ширины пленок, а также от вида материала. Для увеличения сопротивления резисторы изготавливают зигзагообразной формы (рис. 12.1). Тонкопленочные И С изготавливаются методом осаждения — напыления паров необходимого материала на подложку в нужном месте по трафарету с использованием термовакуумного распыления, а толстопленочные ИС получают вжиганием и нанесением путем вдавливания проводящих и резистивных паст через трафарет.

Рис. 12.2. Пленочный конденсатор: 1 — металлическая пленка (нижняя обкладка конденсатора); 2 — диэлектрическая пленка; 3 — подложка

Тонкопленочные резисторы по точности и стабильности параметров лучше толстопленочных, но производство их сложнее и дороже. Номиналы тонкопленочных резисторов составляет от 10 до 10⁶ Ом, а толстопленочных — от 0,5 до 5-10⁸ Ом. Конденсаторы изготавливаются только тонкопленочные в форме трехслойных пленок (рис. 12.2).

На подложку 3 наносится металлическая пленка, которая является нижней обкладкой конденсатора 1, и продолжается в виде соединительной линии (вывода), затем на нее наносится диэлектрическая пленка 2, а сверху располагается вторая обкладка /, также переходящая в соединительную линию. В качестве диэлектрика используется пленка из силиката алюминия, окиси кремния и др.

Емкость тонкопленочных конденсаторов в зависимости от площади электродов и вида диэлектрика составляет от десятой доли до тысячи пикофарад.

Тонкопленочные неполярные конденсаторы имеют удовлетворительную добротность. Для увеличения их емкости в отдельных случаях изготавливают многослойными. Однако при изготовлении приходится сталкиваться с трудностями получения бездефектных пленок малой толщины. По этой технологии сложно выполнить конденсаторы большой емкости. Поэтому ИС проектируют так, чтобы в них по возможности отсутствовали конденсаторы.

При создании ИС наибольшую трудность представляет создание катушек индуктивности. В настоящее время для этого используют

Рис. 12.3. Пленочная катушка индуктивности: / — металлическая спираль и выводы;

• 2 — изоляционная пленка;
• 3 — подложка

только тонкопленочную технологию, по которой индуктивные катушки получают путем осаждения на подложку материала, имеющего малое удельное сопротивление. Их обычно выполняют в виде плоских спиралей с малым шагом, чаше всего прямоугольной формы (рис. 12.3). Тонкопленочные катушки индуктивности имеют значительно большие размеры, чем другие элементы ИС, но значение их индуктивности не превышает 10 мкГн. Увеличение индуктивности может быть достигнуто путем нанесения на катушку ферромагнитной пленки, которая выполняет роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца пленочной катушки. Для этого наносить приходится на соответствующее место катушки диэлектрическую пленку, а затем поверх этой пленки наносить металлическую пленку — вывод. Трудности, возникающие при изготовлении катушек индуктивности, заставляют при разработке ИС почти полностью отказаться от их использования.