Интегральные микросхемы

1. Интегральные микросхемы

2. Интегральные микросхемы

Цифровые устройства целиком на дискретных транзисторах и диодах
имели очень большие габаритные размеры, ненадежно работали из-за
большого числа элементов и, особенно, паяных соединений.
Интегральные микросхемы, содержащие десятки, сотни, а иногда и
тысячи, десятки тысяч компонентов, позволили по-новому подойти к
проектированию и изготовлению цифровых устройств. Надежность
отдельной интегральной микросхемы мало зависит от числа
элементов и близка к надежности одиночного транзистора, а
потребляемая мощность в пересчете на отдельный компонент резко
уменьшается с повышением степени интеграции. В результате на
интегральных микросхемах стало возможным собирать сложнейшие
устройства.

3. Интегральные микросхемы

Микроэлектроника – современное направление
электроники,
включающее
исследование,
конструирование и производство интегральных схем
(ИС) и радиоэлектронной аппаратуры на их основе.
Интегральная
схема
(микросхема)
–
микроэлектронное
изделие,
выполняющее
определенную функцию преобразования, обработки
сигнала, накапливания информации и имеющее
высокую
плотность
электрически
соединенных
элементов, которые с точки зрения требований к
испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации
рассматриваются как единое целое

4. Интегральные микросхемы

Интегра́льная микросхема (ИС, ИМС, IC
(англ.)), микросхе́ма, м/сх, чип (англ. chip
«тонкая пластинка»: первоначально термин
относился к пластинке кристалла микросхемы)
— микроэлектронное устройство —
электронная схема произвольной сложности
(кристалл), изготовленная на
полупроводниковой подложке (пластине или
плёнке) и помещённая в неразборный корпус
или без такового, в случае вхождения в состав
микросборки

5. Интегральные микросхемы

Элемент – часть интегральной схемы, реализующий
функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая
не может быть выделена как самостоятельное
изделие. (транзистор, диод, резистор, конденсатор и
т.п.)
Компонент
–
часть
интегральной
схемы,
реализующая
функцию
какого-либо
электрорадиоэлемента,
которая
может
быть
выделена
как
самостоятельное
изделие.
(бескорпусные диоды и транзисторы, малогабаритные
катушки индуктивности и т.п.)

6. Особенности ИС

ИС самостоятельно выполняет законченную, часто
довольно
сложную,
функцию,
тогда
как
традиционные электронные приборы выполняют
аналогичную функцию лишь в совокупности с
другими элементами.
Повышение сложности ИС не приводит к ухудшению
основных показателей (надежности, стоимости и
т.д.).
Снижение разброса параметров ИС вследствие
близкого расположения друг к другу смежных
элементов.

7. Интегральные микросхемы

Рис. 1. Групповой метод изготовления ИМС: а — исходная функциональная
схема; б — соединение элементов внутри микросхемы; в —
полупроводниковая пластина, содержащая в заданной последовательности
ИМС; г — ИМС в корпусе.

8. Классификация ИМС

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ НАЗНАЧЕНИЮ И СИСТЕМА ИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

10. Классификация ИМС

По технологии изготовления:
Пленочные — все элементы и межэлементные соединения
представляют собой пленки, нанесенные на диэлектрическую
подложку. Пленочная технология делится на два направления,
связанных соответственно с использованием тонких или толстых
пленок (соответственно ИМС называются тонкопленочными или
толстопленочными). Тонкопленочные, с толщиной пленки от 1—3 мкм,
создаются методом термовакуумного распыления специальных
проводящих и резистивных паст. Толстопленочные, толщиной от 3—5
мкм, создаются методом вжигания специальных проводящих и
резистивных паст.
Монолитные — (в отечественной литературе употребляется термин
«полупроводниковые ИС») — все элементы выполнены в тонком (5—
10 мкм) приповерхностном слое полированной полупроводниковой
пластины (кристалле) и на ее поверхности в результате легирования,
травления, оксидирования и др. с использованием метода литографии.

11. Классификация ИМС

По конструктивно-технологическим признакам:
Пленочные — все элементы и соединения выполнены по пленочной технологии в виде
проводящих, полупроводниковых и диэлектрических пленок. В пленочных ИМС очень
сложно реализовать активные элементы. Их присоединяют к пленочным ИС навесным
монтажом. Такие схемы называются гибридными.
Гибридные — пассивные элементы выполнены по пленочной технологии, а
активные компоненты являются навесными. В качестве компонентов
используются малогабаритные бескорпусные дискретные элементы или
монолитные бескорпусные ИС, соединенные между собой пассивными
элементами на подложке с помощью жестких проводников.
Полупроводниковые — пассивные и активные элементы и межэлементные
соединения, выполненные на основе одного кристалла полупроводникового
материала кремния, на так называемой активной подложке (монолитная
технология).
Совмещенные — активные элементы изготовлены по монолитной
технологии, а пассивные элементы и межэлементные соединения — по
пленочной. Основой схем является кристалл, на котором для пленочных
структур создается изолирующий аморфный слой Si02 (подложка).

12. Классификация ИМС

По функциональному назначению:
Аналоговые (ЛИС) — микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки
сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Частным случаем АИС
является интегральная микросхема с линейной характеристикой (линейная ИМС).
Номенклатура АИС включает в себя электронные устройства, выполняющие различные
функции, операционные усилители (ОУ), усилители низких и высоких частот,
промежуточные усилители, компараторы, стабилизаторы напряжений, ограничители,
фильтры частот и др.
Цифровые (ЦМС) — микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки
сигналов, изменяющихся по закону дискретной (прерывистой) функции (например,
выраженной в двоично-цифровом коде). Частным случаем ЦИС является логическая
микросхема, выполняющая одну или несколько логических функций. Простейшие
логические ИС, реализующие элементарные функции «И», «ИЛИ», «НЕ» и др.,
называются логическими элементами. На основе ЦИС строятся как простые элементы,
входящие в состав устройств вычислительной техники (запоминающие устройства,
сумматоры, дешифраторы и т.д.), так и сложные функциональные устройства —
микропроцессоры, однокристальные ЭВМ и др.
Аналогоцифровые и цифроаналоговые — особые виды ИМС, служащие для
преобразования аналоговых сигналов в цифровые, и наоборот, в устройствах обработки
информации, автоматического управления, передачи данных, в измерительных
системах, автоматически регистрирующих приборах и др.

13. Классификация ИМС

По степени интеграции:
В соответствии со степенью интеграции (К) ИМС условно подразделяются в зависимости от
функционального назначения.
Цифровые:
МИС — малая интегральная схема — до 10 элементов и компонентов (входящих в ИС, первая
степень интеграции .
CMC — средняя интегральная схема — до 102 элементов и компонентов, входящих в ИС, вторая
степень интеграции.
БИС — большая интегральная схема — до 103 элементов и компонентов, входящих в ИС, третья
степень интеграции.
СБИС — сверхбольшие интегральные схемы — до 104 элементов и компонентов, входящих в ИС,
четвертая степень интеграции.
ГИС — гигантская интегральная схема — до 105 элементов и компонентов, входящих в ИС, пятая
степень интеграции.
У БИС — ультрабольшие интегральные схемы — до 106—109 элементов и компонентов, входящих в
ИС, шестая степень интеграции.
ГБИС — гигаболыпая интегральная схема — свыше 109 элементов и компонентов, входящих в ИС,
седьмая степень интеграции.
Аналоговые имеют меньшую степень интеграции, так как построены на разнотипных элементах:
МИС — N = 1—30 элементов и компонентов, входящих в интегральную микросхему, первая степень
интеграции.
СИС — N = 31 — 100 элементов и компонентов, входящих в ИС, вторая степень интеграции.
БИС — N= 101—300 элементов и компонентов, входящих в интегральную микросхему, третья
степень интеграции.
СБИС — N > 300 элементов и компонентов, входящих в интегральную микросхему, четвертая
степень интеграции.

14. Классификация ИМС По типу логики

Классификация ИМС
По типу логики
Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разниц
а в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому
нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым о
бщую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют т
ехнологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.
Микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах — самые экономичные (по потреблению тока):
МОП-логика (металл-окисел-полупроводник логика) —
микросхемы формируются из полевых транзисторов n-МОП или p-МОП типа;
КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) —
каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарны
х) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП).
Микросхемы на биполярных транзисторах:
РТЛ — резисторно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);
ДТЛ — диодно-транзисторная логика (устаревшая, заменена на ТТЛ);
ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика —
микросхемы сделаны из биполярных транзисторов с многоэмиттерными транзисторами на входе;
ТТЛШ — транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки —
усовершенствованная ТТЛ, в которой используются биполярные транзисторы с эффектом Шотки.
ЭСЛ — эмиттерно-связанная логика —
на биполярных транзисторах, режим работы которых подобран так, чтобы они не входили в режи
м насыщения, — что существенно повышает быстродействие.
ИИЛ — интегрально-инжекционная логика.

15. Основные параметры ИМС

Плотность упаковки – число элементов электронной схемы водном кубическом
сантиметре объема интегральной микросхемы.
Степень интеграции χ определяется количеством элементов n, входящих в
состав интегральной микросхемы.
Микросхема 1-й степени интеграции содержит до 10 элементов (маломасштабная
интегральная схема – МИС).
Микросхема 2-й степени интеграции (среднемасштабная – СИС) содержит от 10 до
100 элементов.
Микросхема 3-й степени интеграции содержит от 102 до 103 элементов и относится
к категории больших интегральных микросхем (БИС). Сверхбольшие (СБИС) 4й степени интеграции имеют более 1000 элементов.

16. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

•Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на
одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия).
•Плёночная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:
толстоплёночная интегральная схема;
тонкоплёночная интегральная схема.
•Гибридная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных
диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.

17. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ.

Полупроводниковые
интегральные
микросхемы
изготовляют на одном кристалле введением легирующих
примесей в определенные микрообласти. Современные
технологии позволяют создавать в приповерхностном
объеме кристалла весь набор активных и пассивных
элементов, а также межэлементные соединения в
соответствии с топологией схемы.
В качестве активных элементов ИМС наряду с
биполярными широко применяются транзисторы типа МДП.
МДП-транзисторы проще в изготовлении, дают больший
процент выхода годных изделий, позволяют получить более
высокую плотность размещения приборов, потребляют
меньшую мощность, дешевле биполярных.

18. Классификация микросхем

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции
(указано количество элементов для цифровых схем):
•Малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле.
•Средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле.
•Большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле.
•Сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле.
•Ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле.
•Гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.
В настоящее время название ГБИС практически не используется, и все схемы с числом элементов,
превышающим 10 000, относят к классу СБИС, считая УБИС его подклассом.
Интегральная микросхема может обладать законченным,
сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого
микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

19. Корпуса микросхем

Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах — корпусном и бескорпусном.
Бескорпусная микросхема — это полупроводниковый кристалл, предназначенный для монтажа в
гибридную микросхему или микросборку.
Корпус — это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий
и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса
стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных
микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями.
В российских корпусах расстояние между выводами измеряется в миллиметрах и наиболее часто это
2,5 мм или 1,25 мм. У импортных микросхем расстояние измеряют в дюймах, используя величину
1/10 или 1/20 дюйма, что соответствует 2,54 и 1,28 мм. В корпусах до 16 выводов эта разница не
значительна, а при больших размерах идентичные корпуса уже несовместимы.
В современных импортных корпусах для поверхностного монтажа применяют и метрические
размеры: 0,8 мм; 0,65 мм и другие.

20. ЭЛЕМЕНТЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Резисторы
Конденсаторы
Индуктивности
Транзисторы
Микросхемы
Диоды
Трансформаторы

21. РЕЗИСТОРЫ

пассивный элемент электрических цепей, обладающий
определённым или переменным значением электрического
сопротивления.
Обозначение резисторов на схеме электрической принципиальной
Постоянные резисторы
Переменные резисторы

22. ПОСТОЯННЫЕ РЕЗИСТОРЫ

R=U/I
P=U*I

23. РЕЗИСТОРЫ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА (МАРКИРОВКА)

24. ВИДЫ ЧИП РЕЗИСТОРОВ (РАЗМЕРЫ)

25. КОНДЕНСАТОРЫ

Конденса́тор— двухполюсник с постоянным или
переменным значением ёмкости и малой
проводимостью; устройство для накопления
заряда и энергии электрического поля.
Электрический конденсатор представляет собой
систему
из
двух
электродов
(обкладок),
разделённых
диэлектриком,
и
обладает
способностью
накапливать
электрическую
энергию. На долю конденсаторов приходится
примерно 25% всех элементов принципиальной
схемы.