иа них микросхемами (рис. 18.23). Для улучшения теплоотвода между крыльями и основанием или снаружи узла располагают плотно прижатые металлические теплоотводы, которые могут выполнять роль теплового заземления и экрана между узлами с микросхемами.

Для отвода тепла и механического крепления микросхем в узле применяют каркасы из анодированного алюминия (рис. 18.24), эффективность которых увеличивается, если боковые поверхности выполнить ребристыми.

ГчезОа разъемов

Рис. 18.24. Компоновка микросхем с помощью каркасов.

Если не предусматривается ремонт узлов и замена в них микросхем, можно производить сборку микросхем пенального типа в пакет с последующей заливкой пластиком с высокой теплопроводностью. Выводы микросхем в этом случае располагаются с одной стороны. После заливки выводы и пластик зашлифовываются, в результате чего торцы выводов, которые должны быть соединены, располагаются заподлицо с поверхностью пластика. Соединение выводов друг с другом осуществляется химическим осаждением слоя меди на зашлифованную поверхность и последующим вытравливанием лишней меди для получения необходимого рисунка печатного монтажа.

Наряду с приведенными выше можно использовать и многоэтажные компоновочные схемы, аналогичные применяемым в микромодульных узлах ( поле , шахматное расположение , книга и др.).

18.4. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Принципы создания элементов в полупроводниковых микросхемах

Изменяя определенным образом концентрацию примесей в различных частях монокристаллической пластины, можно получить многослойную структуру, воспроизводящую заданную электрическую функцию. Так как в такой структуре должны проис-

ходить очень сложные Процессы распределения и обмена энергии, то задача непосредственного синтеза таких микросхем представ ляет значительные трудности.

Для упрощения, гам где это возможно, создают эквивалентную электрическую модель микросхемы на обычных компонентах, а затем после соответствующего расчета воспроизводят схему на основе полупроводникового материала. Окончательное создание эквивалентных элементов в твердой микросхеме производится после испытания опытных образцов и корректировки расчетов.

Резисторы. Область между любой парой омических контактов на полупроводниковой пластине можно использовать как резистор. Величина сопротивления такого резистора будет зависеть от длины, поперечного сечения участка и удельного сопротивления материала.

Так как ток в таком объемном полупроводниковом резисторе будет течь по всему объему материала, то сопротивление таких резисторов будет подвержено меньшему влиянию внешних условий, чем сопротивление тонкопленочных резисторов. Температурный коэффициент в зависимости от концентрации примесей может быть различным, однако ои, как правило, велик и имеет положительный знак. Сопротивление объемных полупроводниковых резисторов ограничивается только размерами микросхемы и практически может доходить до 40 кОм. Резисторы, выполненные в объеме полупроводниковой пластины, применяются редко.

Резисторы в полупроводниковых микросхемах можно получить и другим способом. Если взять пластину из высокоомного материала, например р-типа, и легировать ее поверхностный слой на глубину порядка 10 мкм примесью и-типа до концентрации 10 - 10 1/civr*, то верхний примесный слой можно использовать как резистор. Для отделения таких резисторов от остальной части схемы в нужных местах делаются узкие щели (канавки) на глубину, несколько большую глубины низкоомного слоя.

Наличие р-п перехода в таких резисторах определяет неравномерное распределение тока в примесной зоне. Большая часть тока течет по поверхности. Сопротивление резистора зависит от геометрии примесной зоны и может составлять 100-200 Ом/П и более. Температурный коэффициент определяется низкоомнои примесной зоной и имеет величину, меньшую, чем у объемных резисторов (порядка 2-10~з 1/° С). Разброс сопротивлений по номиналам от микросхемы к микросхеме может быть в пределах ±10%. Для получения больших номиналов можно использовать смещенный в обратном направлении р-п переход.

В совмещенных микросхемах применяют пленочные резисторы, изготовляемые с помощью фотолитографии. В качестве материала пленок используют нихром, который очень стабилен, особенно если герметизация микросхем производится в инертной атмосфере, и имеет хорошую адгезию со слоем двуокиси кремния.

Преимущества тонкопленочных резисторов перед полупроводниковыми заключается в их более низких температурных коэффициентах, более низкой шунтирующей емкости, большей точности, а также в возможности размещения их на меньшей площади и луч-шеи изоляции.

К недостаткам следует отнести необходимость введения дополнительных технологических операций. Кроме того, пленочные резисторы имеют более низкую допустимую мощность рассеяния.

Конденсаторы. Для создания конденсаторов постоянной емкости небольшой величины используют трехслойную стру-ктуру типа p-i-n. Два слоя такой структуры очень сильно легируют примесями соответствующих типов. Средний слой - беспримесный материал. Емкость структуры p-i-n* определяется толщиной беспримесного слоя и не зависит от величины обратного напряжения.

Конденсатор постоянной емкости несколько большей величины можно получить, используя в качестве диэлектрика окись кремния. Одна обкладка такого конденсатора - сильнолегированная монокристаллическая полупроводниковая подложка, другая - тонкая металлическая пленка. За счет того что пленка SiOa наносится (или образуется) на монокристаллическую подложку, структура ее свободна от дефектов. Поэтому конденсаторы на основе SiO могут работать при больших напряжениях. Температурный коэффициент их будет меньше 100-Ю * 1/° С.

При пробойном напряжении 50 В можно получить величину емкости до 50 ООО пф/см. Однако для получения приемлемых габаритов твердых микросхем, если предполагается применять конденсаторы на основе SiO, желательно ограничить величины емкостей в пределах 500-1000 пФ.

В качестве конденсатора используют также смещенный в обратном направлении р-п переход. Диэлектриком в таком конденсаторе будет служить обедненная носителями область перехода. Для данного материала емкость будет являться функцией ширины обедненной зоны и площади перехода. При использовании кремния можно получить емкость р-п перехода до 100 ООО пф/см с пробивным напряжением в несколько десятков вольт. Так как ширина обедненной зоны зависит от приложенного напряжения, то и емкость р-п перехода имеет нелинейную зависимость от напряжения.

Конденсаторы на основе р-п перехода являются поляризованными, поэтому они не пригодны для работы в цепях с переменной оплярностью напряжения. Последний недостаток можно устранить, если использовать два последовательно соединенных р-п перехода. Емкость такой структуры не зависит от полярности рабочего напряжения и менее чувствительна к его амплитуде.

Конденсаторы с диэлектриком из SiOa и на основе р-п перехода имеют паразитную емкость по отношению к полупроводниковой пластине, которую следует учитывать при расчете топологии микросхем.

Транзисторы. Для создания на полупроводниковой пластине транзисторов применяются планарная и планарно-эпитаксиальная топологии, используемые также для изготовления отдельных современных транзисторов. Различие в характеристиках транзисторов полупроводниковых микросхем и отдельных транзисторов может быть обусловлено свойствами изолирующей области, в которой находится транзистор на пластине твердой схемы.

Диоды. Диоды легко формируются на основе транзисторных структур. В качестве диодов могут быть использованы переходы эмиттер - база и коллектор - база транзисторных структур. В некоторых случаях переход эмиттер - база может работать и как диод Зенера.

Контактные площадки и соединительные проводники. После формирования р-п переходов (рис. 18.25) необходимо в требуемых местах сделать контактные площадки и соединить между собой элементы схемы.