Толстопленочные интегральные микросхемы: общие сведения, резисторы, полупроводники, топология (стр. 2 из 3)

Стабильная работа толстопленочных резисторов зависит также от величины падения напряжения на них.

Рисунок 2. Формы подгоняемых толстопленочных резисторов.

Допустимая нагрузка по напряжению не должна превышать 20 В/мм по длине резистивной полоски. Изменение номинала сопротивления (стабильность) в зависимости от приложенного напряжения составляет: для напряжения от 0 до 40 В — (0,5—1) 10^-4% /В; для напряжения от 40 до 400 В — (1—5) 10^-4 %/В.

Влияние напряжения на сопротивление объясняется проявлением частично-полупроводникового характера проводимости толстопленочных резисторов в связи с наличием в их структуре окислов металлов.

Повышение точности резисторов путем подгонки. Погрешность номинального сопротивления резисторов из паст на основе композиции серебро — палладий при подгонке лазером составляет ±2%. Точность подгонки зависит от инерционности устройства, перемещающего подложку с резисторами или инструмент, а также от инерционности измерительно-контрольного устройства. Прецизионная подгонка позволяет достичь в необходимых случаях погрешности номинала резистора не более 0,03%.

На рисунке 2 представлены различные варианты изготовления подгоняемых резисторов и конфигурации подгоночных резов (шлицев).

5. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Пленочные конденсаторы. Диэлектрические пленки в толстопленочных микросхемах применяются в качестве: диэлектриков конденсаторов, межслойной изоляции, защитных слоев.

Диэлектрики толстопленочных конденсаторов должны обеспечивать высокие значения удельной емкости; широкий диапазон номинальных значений емкости; высокое пробивное напряжение; малый температурный коэффициент емкости (ТКЕ); малые диэлектрические потери; высокую временную стабильность.

Диэлектрические пасты для конденсаторов изготавливаются на основе смеси керамических материалов и флюсов. Толщина пленки после термической обработки составляет 40—60 мкм.

Используя пленки, обеспечивающие удельную емкость С₀-=3700 пФ/см², изготавливают конденсаторы с номинальной емкостью от 500 до 300 пФ, а пленки с С_о = = 10 000 пФ/см² позволяют изготавливать конденсаторы в диапазоне от 100 до 2500 пФ. Погрешность номинальной емкости конденсаторов обычно составляет ±15%. Пробивное напряжение не менее 150 В.

Величина диэлектрической проницаемости для диэлектрических паст конденсаторов на основе композиции титанат бария — окись титана-—окись алюминия — легкоплавкое стекло составляет от 10 до 2000.

Расчетная площадь верхней обкладки конденсатора определяется по формуле

S = С/Со,

где С — номинальное заданное значение емкости; С_о — удельная емкость.

Нижняя обкладка конденсатора должна выступать за край верхней не менее чем на 0,3 мм, пленка диэлектрика должна выступать за край нижней обкладки не менее чем на 0,2 мм.

Толстопленочные конденсаторы в некоторых случаях допускают подгонку воздушно-абразивной струей, при этом погрешность составляет не более 1%. Способы лазерной подгонки конденсаторов в настоящее время разрабатываются.

Пасты верхних обкладок должны быть инертны к лужению.

Межслойная и защитная изоляция. Пасты для межслойной изоляции и защиты от внешней среды изготавливаются из низкоплавкого стекла и глинозема. Толщина диэлектрического слоя составляет от 30 до 70 мкм, удельная емкость — от 150 до 200 пФ/см², пробивное напряжение-— 500 В.

Диэлектрическая проницаемость паст для изоляции и защиты находится в пределах от 10 до 15. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте от 1 кГц до 1,5 МГц не превышает 25 10^-4. Сопротивление изоляции более 10¹² Ом при постоянном напряжении 100 В.

Для многослойной сложной разводки межсоединений используется кристаллизующееся стекло.

В целях удобства сортировки различных микросхем на операциях сборки применяются разноцветные защитные пасты

6. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ

Общие рекомендации. При разработке топологии учитываются конструктивные и технологические ограничения, обусловливающие размещение на плате пленочных элементов и навесных компонентов, а также внешних выводов микросхемы. Принимаются во внимание и при необходимости рассчитываются тепловой режим и паразитные электрические и магнитные связи. Большое значение при разработке топологии имеют экономические вопросы производства микросхем.

Последовательность разработки топологии толстопленочных микросхем не отличается от последовательности, принятой при разработке тонкопленочных микросхем, и в данном разделе рассматриваться не будет. Не рассматриваются по той же причине вопросы теплового режима и паразитных связей.

Проводники, контактные площадки, внешние выводы. Проводники, а также другие пленочные элементы: резисторы, конденсаторы могут располагаться на обеих сторонах платы. Соединения между элементами, расположенными на разных сторонах подложки, осуществляются через отверстия.

Проводники, расположенные в нижнем слое при многослойной разводке межсоединений, не должны находиться под резисторами, подгоняемыми лучом лазера.

Контактные площадки для монтажа навесных компонентов с гибкими выводами способом неавтоматизированной пайки, а также для контроля электрических параметров должны иметь размеры не менее 0,4х0,4 мм.

Рисунок 3 Варианты конструктивного выполнения внешних контактных площадок и выводов

Автоматизированный монтаж указанных компонентов требует размеров контактных площадок не менее 0,6 х 0,6 мм, а компонентов с шариковыми выводами 0,25 х 0,25 мм с расстоянием между контактными площадками 0,1 мм, если шаг выводов навесных компонентов 0,35 мм.

Проводники и контактные площадки для присоединения навесных компонентов с целью повышения надежности и уменьшения сопротивления рекомендуется лудить серебряно-оловянным припоем. При монтаже навесных компонентов с шариковыми выводами проводники целесообразно покрывать пленкой защитного диэлектрика, оставляя открытыми лишь контактные площадки. Пленка диэлектрика должна отстоять от края контактной площадки на 0,5 мм.

Варианты исполнения внешних контактных площадок и конструкций внешних выводов платы показаны на рисунке 3.

Навесные компоненты. Навесными компонентами могут быть бескорпусные диоды и транзисторы, диодные и транзисторые матрицы, бескорпусные полупроводниковые микросхемы, диоды и транзисторы в миниатюрных корпусах, а также конденсаторы и трансформаторы с гибкими и жесткими выводами.

Навесные компоненты рекомендуется располагать рядами на одной стороне платы. Допускается устанавливать их на резисторах и проводниках, защищенных диэлектрической пленкой. Места расположения навесных компонентов целесообразно обозначать метками, выполненными с помощью резистивных или диэлектрических паст.

В целях унификации необходимо применять в однотипных микросхемах навесные компоненты с одинаковым диаметром гибких выводов, длина гибкого вывода без дополнительного крепления путем приклеивания не должна превышать 2,5 мм. Минимальное расстояние между навесным компонентом и контактной площадкой должно составлять при пайке 0,8 мм. Расстояние между луженым проводником или контактной площадкой и навесным компонентом должно быть не менее 0,2 мм. Наименьшее расстояние от навесного компонента до края платы 1 мм.

Резисторы. Количество резистивных слоев на одной стороне подложки, выполненных с помощью паст с различным удельным сопротивлением, может составлять не более трех. Целесообразно ориентировать резисторы на плате одинаково, т. е. располагать их длинными или короткими сторонами параллельно друг другу. На одной стороне платы рекомендуется размещать резисторы, близкие по номинальным значениям сопротивлений. Минимальный размер резисторов 0,8x0,8 мм. Изготавливать резисторы в виде меандра не рекомендуется.

Если принципиальная электрическая схема не предусматривает внешних контактов для каждого подгоняемого резистора, то для обеспечения контроля сопротивления в процессе лазерной подгонки необходимо при разработке топологии создавать временные проволочные перемычки или даже временные внешние выводы, которые после подгонки резисторов удаляются.

Конденсаторы и межслойная изоляция. Пленочные конденсаторы не должны располагаться на той стороне платы, которая при герметизации заливается компаундом.

Между контактной площадкой навесного конденсатора, присоединяемого пайкой, и активным компонентом необходимо предусмотреть расстояние не менее 1 мм.

Круглые отверстия в межслойной изоляции, служащие для контакта между проводниками различных уровней, должны иметь диаметр не менее 0,6 мм. Квадратные отверстия выполняются с размером стороны не менее 0,5 мм. Между пленочными элементами, находящимися в разных слоях при многослойной разводке, должно обеспечиваться расстояние не менее 0,2 мм.

Рисунок 4. Электрическая принципиальная схема (а) и эскиз топологии (б) тактового генератора в толстопленочном исполнении.

Разработка эскиза топологии. Эскиз топологии следует выполнять на миллиметровой бумаге в масштабе 10:1. Шаг координатной сетки рекомендуется выбирать равным 0,1 мм. Необходимо учитывать, что коэффициент заполнения площади платы элементами, расположенными на одном уровне, не должен превышать 0,7. Минимальное расстояние от края отверстия до края платы должно составлять 0,5 мм.

Точность изготовления резистивных и диэлектрических пленочных элементов не превышает ±0,1 мм.

Пример эскиза топологии приведен на рисунке 4.