При производството на хибридните интегрални схеми (ХИС) се използват комбинации от много технологии.
Съставните елементи на хибридните интегрални схеми са разположени върху подложка от изолационен материал.
Тази подложка се използва като механична опора и за топлоотвеждане и затова по принцип не трябва да оказва влияние (с изключение на свръхвисокочестотните ХИС) върху характеристиките на елементите и на слоевете, който са реализирани върху нея.
Подложката може да бъде керамична, метална, силициева или ламинатна.
Съставните елементи са слойни и дискретни елементи.
За изграждане на слойните елементи се използват свойствата на съпротивителни, проводящи и изолационни слоеве, нанесени върху подложката.
Те могат да бъдат пасивни и активни електронни елементи
В последните години поради експлоатационни, конструктивни и икономически съображения се произвеждат ХИС само с резистивни слойни компоненти и то в случаите когато е необходима висока точност на отношението на стойностите на свързани помежду си резистори.
Другите пасивни елементи и активните компоненти (диоди, транзистори и ИС) се монтират съответно като чип-елементи и корпусирани елементи върху повърхността на подложката.
Понякога транзистори и ИС се монтират като голи чипове с използване на технологии подобни на тези при монтаж на чипове в корпуси.
В зависимост от дебелината и на начина на нанасяне на слоевете хибридните интегрални схеми се разделят на тънкослойни и дебелослойни ХИС.
При първите дебелините на слоевете обикновено са от 0,1 до 1 микрон, а при вторите от няколко микрона до 25 микрона.
При тънкослойните ХИС проводящите слоеве се получават обикновено чрез вакуумно изпарение върху подложката на метали, силициди (химически съединения на силиций с метали като желязо, хром и др.), кермети или на други материали.
Изолационните слоеве се нанасят върху подложката чрез вакуумно изпарение или йонно-плазмено отлагане.
Тези слоеве се различават по диелектрична проницаемост, диелектрична якост и загуби в диелектрика.
При дебелослойните ХИС слоевете се получават чрез ситопечат.
Отделните слоеве (по няколко за всяка страна на подложката) се получават като върху повърхността на подложката на ХИС се нанасят (отпечатват) пастообразни материали (пасти) съгласно проектираните конфигурации и топологични размери на интегралната схема, включващи:
Изводите на корпуса BGA са малки полусфери от спояващ материал, разположени от долната му страна.
Така корпусът BGA позволява много голям брой изводи на чипа да се свържат със съответните контактни площадки върху подложката. Този брой може да варира до над хиляда извода.
Големият брой изводи облекчава и разсейването на топлина от работещия чип.
Монтаж на чип в корпус и връзки между чип и изводите на корпус
Трите основни техники, използвани за създаване на връзки между контактните площадки на чип и съответстващите им изводи на корпус, са жично бондиране, автоматизиран монтаж върху лента и Flip-chip монтаж.
Жично бондиране: Чипът се залепва със смес от епоксидна смола и метал (Al, Au или сребро) в кухината на корпуса, за да се осигури ниско електрическо и термично съпротивление между него и корпуса.
След това се извършва последователно заваряване на тънък метален проводник с диаметър 12 – 30 µm между всяка контактна площадка на чипа и съответстващата й контактна площадка на изводите на корпуса.
Заварката е чрез термокомпресия или с ултразвук.
Надеждността на ИС зависи силно от качеството на жичното бондиране.
Материалът на използваните проводници (жици), дължината им и разстоянието между два съседни проводника са важни фактори.
Силните вариации на тока при висока честота на работа на СГИС и индуктивност L на жиците предизвикват пад на напрежението ΔV по тяхната дължина: ΔV = L . di/dt.
Този пад на напрежение може да има критични стойности при високи честоти на работа на СГИС.
Автоматизиран монтаж върху лента (Tape Automated Bonding- TAB)
Последователността на технологичните операции при използването на техниката TAB за монтаж на чипове в корпуси тип PLCC е следната.
Използва се вътрешна монтажна лента, която е непрекъсната, метална лента покрита (без контактните площадки) с полиамиден слой.
Върху контактните площадки на чипа или върху контактните площадки на вътрешната монтажна лента предварително се формират метални топчета (обикновено златни), които представляват спояващия материал.
Върху чипа и част от PLCC лентата се шприцва пластмаса и така корпусираната ИС се отделя чрез щанцоване от монтажната PLCC лента.
Flip-chip монтаж. Това е техника подобна на горната с разликата, че топчетата върху контактните площадки на чипа се създават в процеса на изработване на интегралните структури върху пластината.
Чипът с контактните площадки обърнат надолу се монтира върху контактни площадки на специална подложка, която след това се монтира направо върху печатна платка или върху подложката на хибридна интегрална схема.
Много малката дължина на връзките и високата плътност на корпусирането са предимствата на тази техника.
Освен с размер и брой на изводите корпусите за интегрални схеми се характеризират със следните параметри: термично съпротивление на корпус и индуктивност на изводите.
Нека за дадена разсейвана мощност Rtherm да определим разликата между температурата на околната среда и температурата на корпусирания чип.
Термичното съпротивление от чипа до околната среда е:
Rtherm = ΔTemp/P [0K/watt], където Р е разсейваната мощност на интегралната схема, а ΔTemp представлява температурната разлика между чипа и околната среда.
В практиката максималната разсейвана мощност от чипа се използва, за да се избере корпус с подходящо термично съпротивление.
Нека ИС разсейва 500mW в керамичен корпус с термично съпротивление от 150C/W.
Като пренебрегнем термичното съпротивление от чипа до корпуса, тогава температурата на тази ИС ще бъде около 7,50С по-висока от тази на околната среда.
Модерните СГИС разсейват десетки ватове, което не може да бъде поето от стандартен корпус.
Даже корпуси за висока мощност като керамични или метални корпуси, имат твърде високо термично съпротивление.
Затова за тези ИС се предприемат специални мерки и се използват специални средства и подходи за намаляване на термичното съпротивление.
Сходни статии:
- Схеми на покривни хидроизолации на сгради автор: Методи Михайлов 1. Избор на вида на покрива Задачата изисква да се проектира хидроизолацията на плосък покрив на монолитна административна сграда с относителна влажност на въздуха в помещението i=65%. Според големината на наклона различаваме два вида покриви: Плоски I<7%...
