В основі виготовлення тонкоплівкових мікросхем лежить процес одержання тонких плівок (не більш як 1 мкм) методами термічного осадження (випари з наступним осадженням) у високому вакуумі або катодного розпилення іонним бомбардуванням у середовищі розрідженого інертного газу. Рисунок тонко-плівкової інтегральної мікросхеми одержують нанесенням плівки на певні ділянки підкладки за допомогою маски або видаленням за допомогою фотолітографії плівки, що покриває всю поверхню підкладки, яка являє собою платівку зі скла, ситалу, поликору та іншого діелектричного матеріалу, виготовленого з високим класом чистоти робочої поверхні [3].
1.2 Позначення параметрів інтегральних мікросхем
Максимальна вхідна напруга – найбільша вхідна напруга інтегральної мікросхеми, при якій вихідна напруга відповідає заданій. Мінімальна вхідна напруга – найменша вхідна напруга інтегральної мікросхеми, при якій вихідна напруга відповідає заданій. Чутливість – найменша вхідна напруга, при якій електричні параметри інтегральної мікросхеми відповідають заданим [4].
Діапазон вхідних напруг – інтервал напруг від мінімальної вхідної напруги до максимальної. Вхідна напруга спокою – напруга на вході інтегральної мікросхеми при відсутності вхідного сигналу. Вихідна напруга спокою – напруга на виході інтегральної мікросхеми при відсутності вхідного сигналу. Вхідна напруга обмеження – найменша вхідна напруга інтегральної мікросхеми, при якій наступає обмеження вихідної напруги. Вхідна напруга – напруга на вході інтегральної мікросхеми в заданому режимі. Напруга зсуву – напруга постійного струму на вході інтегральної мікросхеми, при якій вихідна напруга дорівнює нулю. Синфазні вхідні напруги – напруги між кожним із входів інтегральної мікросхеми й спільним виводом, амплітуди й фази яких збігаються. Максимальні синфазні вхідні напруги – синфазні вхідні напруги, при яких параметри інтегральної мікросхеми змінюються на задане значення. Максимальна вихідна напруга – найбільша вихідна напруга, при якій зміни параметрів інтегральної мікросхеми відповідають заданим. Мінімальна вихідна напруга – найменша вихідна напруга, при якій зміни параметрів інтегральної мікросхеми відповідають заданим. Вихідна напруга балансу – напруга постійного струму на кожному виході інтегральної мікросхеми щодо спільного виводу при напрузі між виводами, рівній нулю. Приведена до входу напруга шумів – відношення напруги власних шумів на виході інтегральної мікросхеми при закороченому вході до коефіцієнта підсилення напруги [4].
Нижня гранична частота смуги пропускання – найменша частота, на якій коефіцієнт підсилення інтегральної мікросхеми зменшується на 3 дБ щодо заданої. Верхня гранична частота смуги пропускання – найбільша частота, на якій коефіцієнт підсилення інтегральної мікросхеми зменшується на 3 дБ щодо заданої частоти. Смуга пропускання – діапазон частот між верхньою й нижньою граничними частотами смуги пропускання.
Вхідний струм – струм, що протікає у вхідному ланцюзі інтегральної мікросхеми в заданому режимі. Різниця вхідних струмів – різниця струмів, що протікають через входи інтегральної мікросхеми в заданому режимі. Вихідний струм – струм, що протікає в ланцюзі навантаження інтегральної мікросхеми в заданому режимі. Максимальний вихідний струм – найбільший вихідний струм, при якому забезпечуються задані параметри інтегральної мікросхеми. Мінімальний вихідний струм – найменший вихідний струм, при якому забезпечуються задані параметри інтегральної мікросхеми. Струм споживання – струм, споживаний інтегральною мікросхемою від джерел живлення в заданому режимі. Струм холостого ходу – струм, споживаний інтегральною мікросхемою при відключеному навантаженні [4].
Коефіцієнт підсилення напруги – відношення вихідної напруги мікросхеми до вхідної. Коефіцієнт підсилення струму – відношення вихідного струму до вхідного. Коефіцієнт підсилення потужності – відношення вихідної потужності інтегральної мікросхеми до вхідної. Коефіцієнт нелінійності амплітудної характеристики – найбільше відхилення крутості амплітудної характеристики щодо крутості амплітудної характеристики, що змінюється за лінійним законом. Коефіцієнт прямокутності амплітудно-частотної характеристики – відношення смуги частот на рівні 0,01 або 0,001 до смуги пропускання на рівні 0,7. Коефіцієнт нерівномірності амплітудно-частотної характеристики – відношення максимального виходу напруги до мінімального в заданому діапазоні частот смуги пропускання, виражене в децибелах [4].
Вхідна ємність – відношення ємнісного реактивного складового вхідного струму до добутку кругової частоти на синусоїдальну вхідну напругу мікросхеми при заданій частоті сигналу. Вихідна ємність – відношення ємнісного реактивного складового вихідного струму до добутку кругової частоти на викликану ним вихідну напругу при заданій частоті сигналу.
Вхідний опір – відношення приросту вхідної напруги до приросту активної складової вхідного струму при заданій частоті сигналу. Вихідний опір – відношення приросту вихідної напруги до активного складового вихідного постійного або синусоїдального струму при заданій частоті сигналу [4].
1.3 Вибір матеріалу підкладки
Важливим складовим елементом гібридної мікросхеми є підкладка, яка одночасно виконує декілька функцій:
- відводить тепло, яке виділилось на елементах і компонентах;
- служить основою для кріплення всіх елементів і компонентів;
- ізолює елементи один від одного.
Тому до матеріалу, з якого виготовляється підкладка, незалежно від конструкції та призначення мікросхеми ставлять слідуючи вимоги:
- матеріал, з якого виготовляють підкладки повинен мати чисту, гладку поверхню, яка дозволяє отримати чіткий малюнок, та відтвореність електричних параметрів;
- матеріал повинен мати високу механічну міцність, при відносно малій товщині;
- мати мінімум дефектів, які впливають на якість отриманої мікросхеми;
- повинен мати високу теплопровідність, для ефективного відводу тепла від елементів і активних компонентів;
- стійкість до хімічних речовин, які використовують в усіх технологічних процесах, при виготовленні мікросхеми;
- матеріал повинен мати високий питомий опір;
- повинен мати близькі коефіцієнти термічного розширення підладки і нанесених плівок;
1.4 Вибір корпуса інтегральної мікросхеми
Для гібридних мікросхем найчастіше використовують три види корпусів – металоскляний квадратний чи прямокутний, металоскляний циліндричний [4].
В залежності від конструкції і матеріалу корпуси мікросхем герметизують різними методами. Так, наприклад, металосклянні і металокерамічні герметизують сваркою або пайкою, керамічні – пайкою, а пластмасові – вакуумною заливкою, листовим пресуванням або склеюванням.
Головна перевага металоскляного корпусу це забезпечення надійної роботи мікросхеми в умовах підвищеної вологості і в широкому температурному інтервалі.
В металоскляних корпусах кришка і частково дно формуються з металу. На дні знаходиться скляна пластина, в яку впаяно виводи. Кришка і дно з’єднуються по периметру за допомогою сварки.
Температурні коефіцієнти лінійного розширення скляної пластини (основи) і виводів повинні бути найближчими, інакше при нагрівані корпусу це може призвести до порушення герметичності між виводами і скляною пластиною і навіть до руйнування скла. Тому при проектуванні і виготовленні металоскляних корпусів на підбір цих коефіцієнтів приділяють велику увагу [4].
Найчастіше для виготовлення корпусів використовують сплави ТКР-29НК, 29НК-В4; сталь Х18Н10Т; скло С48-2, С52-1
1.5 Переваги і недоліки гібридних інтегральних мікросхем
Переваги:
1. Гібридна технологія дозволяє відносно швидко створювати електронні прилади, які виконують достатньо складні функції.
2. Обладнання для виготовлення гібридної інтегральної мікросхеми значно дешевше ніж для виготовлення напівпровідникових інтегральних мікросхем.
3. Перевагою гібридних технологій є більший відсоток виходу працездатних мікросхем 60-80%, порівняно з 5-30% для напівпровідникових інтегральних мікросхем. Брак, який виникає при виготовленні гібридних інтегральних мікросхем часто можна усунути.
4. Підладка гібридної інтегральної мікросхеми виготовлена з високоякісного діелектричного матеріалу, тому через малі паразитні ємності і гарну взаємну ізоляцію елементів і компонентів, гібридні інтегральні мікросхеми мають кращі високочастотні і імпульсні електричні властивості, тому у високочастотному і надвисокочастотному діапазоні переважно використовуються гібридні інтегральні мікросхеми [5].
Гібридні інтегральні мікросхеми мають вищу радіаційну стійкість.
Недоліки:
1. Мала надійність, через те, що використовується навісний монтаж.
2. Більші габарити і вага.
Неможливість отримання активних елементів в єдиному технологічному циклі з пасивними [5].
1.6. Технології виробництва ГІМС
Напівпровідникова мікросхема — це така мікросхема, де всі елементи і між елементні з'єднання виконані на одному напівпровідниковому кристалі (наприклад, кремнію, германія, арсеніду галію).
- Товсто-плівкова інтегральна схема;
- Тонко-плівкова інтегральна схема.
Гібридна мікросхема — крім напівпровідникового кристалу містить деяку кількість безкорпусних діодів, транзисторів й інших електронних компонентів, поміщених в один корпус.
Вид оброблюваного сигналу:
- Аналогові
- Цифрові
- Аналого-цифрові
Аналогові мікросхеми — вхідні і вихідні сигнали змінюються за законом безупинної функції в діапазоні від позитивного до негативної напруги живлення [5].