|
| |
|
Главная Журналы ненты) с соответствующими техническими условиями, регламентирующими их электрические параметры, надежность, особенности применения в микросхеме, условия транспортировки и храпения. Покупные бескорпусные полупроводниковые приборы имеют внешние выводы, предназначенные для контроля их электрических nS>-раметров в процессе производства и монтажа приборов на коммутационных платах микросхем. При производстве, поставке и хранении таких приборов уделяется большое внимание-средствам их защиты от воздействия атмосферы, влаги, паров химических реактивов и других воздействий. В некоторых случаях кристаллы бескорпусных полупроводниковых приборов изготовляют непосредственно на заводах-изготовителях гибридных микросхем. Такие полупроводниковые приборы рассматриваются как кристаллы-полуфабрикаты, так как они не имеют внешних выводов. Внешние проволочные выводы присоединяются к пленочным планарным выводам кристаллов в процессе их монтажа на коммутационных платах микросхем. Для кратковременной защиты кристалла от воздействия производственной атмосферы могут быть применены достаточно простые средства (например, ампулы). Дополнительная зашита с помощью лякой производится после монтажа кристалла на плате микросхемы. Отсутствие предварительной защиты с помощью органических материалов позволяет осуществлять монтаж кристаллов-полуфабрикатов методом пайки к металлизированным площадкам платы.  Рис. 1.5.1. Структура бескорпусного биполярного транзистора: / - «-область коллектора: 2 - /г-1-облас.ть коллектора; J -омический контакт к объемной п+-области коллектора (Аи-Si); 4 - п-1--области для создания омического контакта к планарным выводам коллектора 5; 6 - р-область базы; 7 - планарный вывод базы; Ь - п-Ь-область эмиттера; S-планарный вывод эмиттера; /О - пленка SiOj Рис. 1.5.2, Структура бескорпусном диодной сборки с обшим катодом; / - «-область катода; 2 - .-г-Ь-область катода; 3 - омический контакт к объемной л+-области катода (Аи-S1): 4 -л---об-ласть для создания омического контакта к планарным выводам катода; 5 -планарный вывод катода; 6 - р-областя анодов; 7 - планарные выводы анодоа; S - пленка SLO: Бескорпусные полупроводниковые приборы в основном изготовляются по эпитаксиально-планарной технологии (рис. 1.5.1, 1.5.2). Из рис. 1.5.1 видно, что биполярный п-р-/г-транзистор имеет планарные выводы эмиттера Р, базы 7 и коллектора 5. В кристаллах-полуфабрикатах применяется вывод 3 от объемной области коллектора л-типа. Сильнолегированная /г+-область занимает основной объем кристалла. Это позволяет снизить сопротивление тела коллекторной области и тем самым уменьшить напряжение логического нуля и рассеиваемую мощность в открытом состоянии транзистора. Тонкая высокоомная п-область коллектора обеспечивает высокое напряжение пробоя коллекторного р-«-перехода. Пленка достаточно толстого окисла (-1 мкм) на поверхности кристалла выполняет предварительную защиту областей р-п-ш-реходов, выходящих на поверхность кристалла, от воздействия влаги, пыли и других атмосферных загрязнений, а также позволяет формировать на поверхности кристалла планарные выводы. Наличие металлизации 3 (эвтектический сплав Аи-Si) позволяет осуществлять монтаж кристалла методом пайки к металлизированным контактным площадкам платы или внутренней поверхности металлического корпуса (рис. 1.5.3). Такая установка транзистора позволяет уменьшить тепловое сопротивление участка коллекторный р-л-переход - среда Ri и-с и тем самым об- Рис, 1,5,3, Монтаж кристаллов бескорпусных полупроводниковых приборов повышен , f , ной мощности: »-/l Кристалл / припаян к металлизированной по- Т~ верхности керамической подложки 3; кристалл 2 лрипаян к внутренней поверхности металличе- / ского корпуса 4 Ч- легчить тепловой режим кристалла. Бинарная эвтектическая система Аи-Si имеет достаточно низкую температуру плавления (~370°С), при которой практически отсутствуют изменения параметров материалов и прибора в процессе пайки. Транзисторные сборки содержат в объеме одного кристалла несколько планарных транзисторов. Эти транзисторы имеют при мерно одинаковые вольт-амперные характеристики и электрические параметры, что позволяет применять парные транзисторы в симметричных дифференциальных усилителях. В диодных сборках тело кристалла используется в качестве одного общего электрода. На рис, 1,5.3 п-область кристалла выполняет роль катода. Локальные р-области, сформированные методом диффузии, являются анодами диодов. Они имеют планарные выводы. Диодные сборки-полуфабрикаты монтируются на плате микросхемы методом пайки. Один из вариантов структуры полевого транзистора с затвором, изолированным р-п-переходом, показан на рис. 1.5,4. Канал Р-типа (7) образован в результате полного перекрытия области Р диффузионной областью /г+-типа, В сечении В-В показано, что эта область соединяется с п-областью кристалла. Таким образом, ,р-канал со всех сторон окружен материалом п- или п+-типа, выполняющим роль затвора. Затвор имеет пла-нарный (8) т объемный (7) выводы. Обл!асти истока и стока 1имеют (планарные выводы 2, 3 соответственно. Рнс. 1.5.4. Структура р-каналь-ного полевого транзистора с затвором, изолированным р-я-псре-ходом: / - канал р-типа; 2, 3 - планарные выводы истока и стока; 4 -объемная «-область затвора; 5, 6 - объемная и планарная n--oблacти затвора; 7 - вывод объемноП области затвора; 8 - пла-ларный вывод затвора; 9 - пленка SIO2  Все бескорпусные полупроводниковые приборы предназначены для работы в составе герметизированных микросхедт. В связи с тем, что покупные приборы должны транспортироваться на заводы-изготовители микросхем, храниться на предприятии-изготовителе и предприятии-потребителе приборов, их обязательно защищают от воздействия влаги и других воздействлй, характерных для производственных условий. Влага, пары .кислот и щелочей, заряженные частицы пылн, попадая на незащищенный полупроводниковый прибор, изменяют состояние поверхности полупроводника, разрушают металлизацию и контакты. Загрязнение поверхности приводит к нестабильности параметров полупроводниковых приборов. Поверхность кристалла полупроводникового прибора, на которой сформированы металлизированные проводники и контактные площадки, защищают легкоплавкими свинцовоборосиликат-ными стеклами, кремнийорганическими и эпоксидными компаундами, эмалями и лакаМИ. По способу монтажа в микросхемах бескорпусные полупроводниковые приборы разделяются на две группы; приборы с гибкими проволочными 1и с жесткими объемными выводами з виде шариков, столбиков или балочек. Примеры конструкций приборов с гибкими проволочными выводами изображены на рис. 1.5.5. Гибкие выводы йз золотой проволоки диаметром 30... 50 мкм методом термокомпрессии приваривают к контактным площадкам кристалла. Дополнительно их механически закрепляют с помощью защитного ком.паунда. Различные ТКЛР кремния, проволочных выводов и герметизирующих компаундов увеличивают механические напряжения в областях контактов .проволочных выводов. При высоких температурах возможно разрушение контактов из-за отрыва проволочного вывода от контактной площадки или отрыва контактной площадки от поверхности кристалла. Это ограничива- ет максимальную рабочую температуру кремниевых бескарпусных полупроводниковых приборов величиной -f-125°C. Приборы с гибкими выводами устанавливают на плате микросхемы методом «лицевого» монтажа (гибкие выводы обращены к монтажнику). Кристаллы крепятся к подложке клеем холодного-отверждения на основе омол ЭД-5 ;ил,и .ЭД-6. Прослойка клея 1П10лж1на «иметь (Малую толщину (~0,05 ... 0,1 М1м), так как 1К1лей «обладает (низкой теплопроводностью и оказывает достаточно «большое вли- cf яние на усаловия «отвода тепла от кристалла. Внешиие выводы прибора припаивают или приваривают к .контактным площадкам «платы. Посл«е «пайки (св«арки) проводник должен иметь незначительный про- -S-S- Конструкции бескорпусного ™б .пбеппрчивяюпшй отплгпгт- -Ранзнстора (а) н диоднон сборки (б) гио, ооеопечивающии «отрупст- с проволочными выводами вие латяжения лр«авол«аки. Констру«кци1я с «либкиМ1и .проволоч1ным1и выв1ода;М1И «не позволяет автоматизировать «процесс ,м«антажа приборов в микросхемах. Автоматизированные процессы монтажа используются при применении полупроводниковых приборов с объемными жесткими выводами (рис. 1.5.6). Шариковые выводы (рис. 1.5.6,а) гальвани-  нтвктора   ВыВод Хноллеитора Рис. 1.5.6. Конструкции бескорпусного биполярного транзистора с шариковыми-(а) и балочными (б) выводами чески наращивают на напыленные контактные площадки кристал--та. При применении приборов с шариковыми выводами требуется точная оптико-механическая система их установки на контактные Площадки платы методом «леревернутото кристалла». При этом усложняется визуальный контроль качества монтажа приборов. Приборы с балочными выводами (рис. 1.5.6,6) отличаются простотой монтажа, возможностью визуального контроля качества соединений, однако они занимают большую площадь на поверхности платы и снижают плотность компоновки микросхемы. Электрические и эксплуатационные параметры бескорпусных полупроводниковых приборов приведены в соответствующей справочной литературе. Одним из важнейших параметров, определяющих тепловой режим транзистора, является тепловое сопротивление Ятън- Это тепловое сопротивление между р-п-переходом и поверхностью платы, к которой приклеен или припаян транзистор. Тепловое сопротивление Ri вн определяется суммой тепловых сопротивлений кристалла и прослойки клея. Значение ?твп зависит от размеров бескорпусных транзисторов и составляет (0,22... ...0,86)10+3°С/Вт, если применяется односторонняя заливка прибора только со стороны выводов (транзистор 2Т331 - 0,22-10+3 °С/Вт; транзистор 2Т307 - 0,63-10+ °С/Вт; транзистор 2Т324-0,86-10-°C/Bт; диодные матрицы КД901, КД902, КД904, КД907-0,22-10+3Х/Вт) и примерно 1,6-10+°С/Вт для приборов с полной (двухсторонней) заливкой компаундом. глава 2 Конструкции гибридных интегральных микросхем и микросборок § 2.1. Функциональный и интегрально-групповой принципы компоновки микросхем с различной степенью интеграции Микроэлектронная аппаратура (МЭА) на основе интегральных микросхем (ИС) и микросборок (МСБ) строится по функциональному принципу. Каждый модуль (устройство, блок, ячейка, микросборка, микросхема) выполняет определенную функцию. Он может использоваться, например, как процессор, арифметическое устройство, регистр сдвига, триггер. Разбиение функционально-логической схемы ЭВ.М на модули осуществляется по принципу «от устройства к блоку... ». При этом ставится задача осуществить максимальное число связей внутри модулей и свести к минимуму число межмодульных связей. Такой подход обусловлен не только стремлением повысить качество МЭ. путем повышения плотности компоновки и надежности, но и ограничить количество выводов модулей, предназначенных для межмодульных связей. Количество выводов корпусов и коммутационных плат ограничивается их размерами н возможностями технологии. В производстве гибридных ИС с низким уровнем интеграции используется интегральный метод последовательного формирова- ния комплексов пассивных элементов (резисторов, конденсаторов) U коммутационных проводников на общей подложке с последующим монтажом навесных компонентов. БГИС и МСБ с регулярной структурой, состоящие из подложки с многослойной коммутацией и навесных бескорпусных полупроводниковых приборов, комплектуются по такой же схеме. Рассматриваемый принцип компоновки получил условное название функционального. При проектировании и производстве сложных БГИС и МСБ с нерегулярной структурой, в состав которых входят самые разнообразные пассивные элементы и компоненты, бескорпусные полупроводниковые приборы и микросхемы, широко используется интегрально-групповой принцип расчленения (разбиения) конструкции на составляющие. Отдельные элементы группируются в конструктивно (а не функционально) законченные составляющие общей конструкции микросхемы по технологическому принципу. Эти составляющие компонуются в конструктивно и функционально законченный узел - микросхему. Например, МСБ может состоять из комплекса группы) пленочных резисторов и проводников, сформированных на одной подложке, комплекса (группы) пленочных конденсаторов и проводников, сформированных на другой подложке, которые совместно с навесными полупроводниковыми приборами и ИС монтируются на общей подложке с однослойной или многослойной коммутацией. Использование интегрально-группового метода компоновки БГИС позволяет повысить выход годных и снизить стоимость изделий, так как в процессе производства осуществляется контроль параметров элементов сравнительно простых комплексов, поступающих на общую сборку. Возможно гибкое сочетание толсто- и тонкопленочной технологии. Прецизионные пленочные элементы могут изготовляться и подгоняться отдельно. Такая конструкция ремонтопригодна. Однако при большом количестве составляющих повышается стоимость процесса сборки: стоимость монтажно-сбо-рочных работ составляет значительную долю (более 50%) полной стоимости микросхемы. Анализируя различные варианты компоновки, можно оптимизировать конструкцию микросхемы по критерию минимальной стоимости. Примерная методика оптимизации конструкции БГИС по критерию стоимости рассмотрена в § 3.6. § 2.2. Подложки Подложка выполняет роль основания, на поверхности которого формируются по заданному рисунку пленочные элементы микросхемы. К конструкции и материалу подложки предъявляется ряд требований, вытекающих из необходимости обеспечения заданных электрических параметров микросхемы, ее надежности и особенностей технологии изготовления пассивных элементов. Материал подложки должен обладать: - высоким сопротивлением изоляции, низкой диэлектрической проницаемостью и низким тангенсом угла диэлектрических по- 0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 |