Інформація про новину
  • Переглядів: 391
  • Дата: 19-02-2022, 21:51
19-02-2022, 21:51

14.8. Елементи напівпровідникових мікросхем та їхні з’єднання

Категорія: Електротехніка та електроніка





Попередня сторінка:  14.7. Планарно-епітаксіальна технологія...
Наступна сторінка:   14.9. Застосування інтегральних мікросх...

Універсальним елементом монокристалічної мікросхеми служить р-л-перехід, який є прошарком, що ізолює мікрообласті, сформовані у кристалі.

Цей перехід може виконувати роль вентиля (діода). Структури з декількох р-л-переходів служать транзисторами, тиристорами та іншими активними елементами. Замкнений зворотною постійною напругою р-л-перехід виконує роль конденсатора. Зворотний опір р-л-переходу відіграє роль високоомного резистора. Для отримання резисторів з опором у сотні кОм використовують вхідні клеми емітерних повторювачів, зібраних на р-л-переходах. Для невеликих опорів використовують ділянки напівпровідникового кристала (епітак-сіального прошарку), від якого зроблені контактні виводи.

Певні труднощі пов'язані з отриманням індуктивних котушок, тому моно-кристалічні мікросхеми зазвичай проектують без них.

Багатопрошаркові структури з декількома р-л-переходами отримують, повторюючи процеси, розглянуті в попередньому підрозділі: окислення, формування маски, дифузію донорних або акцепторних домішок у мікрообласті. Приклад багатопрошаркової структури наведений на рис. 14.8.

На рис. 14.9 наведена частина напівпровідникової мікросхеми, яка являє собою однокаскадний підсилювач на транзисторі.

Повністю сформовані та випробувані інтегральні мікросхеми кріплять на керамічній основі корпусу, що має зовнішні виводи. Контактні площадки з'єднують із зовнішніми виводами за допомогою тонких золотих дротів (рис. 14.10). Для підвищення міцності з'єднання та зменшення перехідного опору між контактною площадкою та дротом застосовують термокомпресій-ну (нагрів і тиск) або ультразвукову зварку.

Після виконання дротових з'єднань схеми герметизують, заливаючи компаундами на основі епоксидних та кремнійорганічних смол.

Корпуси інтегральних мікросхем виготовляють із металевих сплавів, скла, кераміки та різних пластмас, які мають механічну та електричну міцність, корозійну стійкість та не викликають хімічного забруднення кристала мікросхеми.

Інтегральні схеми класифікують за різними ознаками.

За конструктивно-технологічними ознаками інтегральні схеми поділяють на напівпровідникові, плівкові, гібридні та суміщені.

За видом сигналу, що оброблюється, інтегральні схеми поділяють на дві великі групи: аналогові та цифрові.

Аналогові ІС виконують функції перетворення та обробки електричних сигналів чи параметрів електричної енергії за законами функцій, які безперервні в часі. Основу схемотехніки аналогових мікросхем становлять підсилювачі.

Цифрові ІС виконують функції перетворення та обробки електричних сигналів за законами функцій, які є дискретними в часі.

На сьогодні найбільш поширеними є мікросхеми з транзисторно-транзисторною логікою з діодами Шотткі (ТТЛІ1І на біполярних транзисторах) та

з логікою на комплементарних метал-оксид-напівпровідникових транзисторах (КМОН).

Цифрові інтегральні мікросхеми мають ряд переваг порівняно з аналоговими.

Зменшене енергоспоживання, що пояснюється використанням у цифровій електроніці імпульсних електричних сигналів. При отриманні і перетворенні таких сигналів активні елементи електронних пристроїв (транзистори) працюють у «ключовому» режимі, тобто транзистор або «відкритий», що відповідає сигналу високого рівня (лог. 1), або «закритий» - лог. 0. На відкритому транзисторі мізерний спад напруги, через закритий транзистор проходить незначний струм, отже, в обох випадках енергоспоживання близьке до 0, на відміну від аналогових пристроїв, у яких більшу частину часу транзистори знаходяться в активній області.

Висока завадостійкість цифрових пристроїв, що пояснюється значною відмінністю рівнів сигналів лог. 1 і лог. 0 (наприклад, 2,5-5 В і 0-0,5 В, відповідно). До того ж у цифрових пристроях можливе застосування спеціальних кодів, які дають змогу виправляти помилки.

Нечутливість цифрової техніки до неминучого в інтегральній технології розкиду параметрів елементів. Така нечутливість пояснюється значним логічним перепадом сигналів високого та низького рівня та досить широким інтервалом допустимих змін сигналів лог. 1 і лог. 0.

Для сумісної роботи аналогових і цифрових інтегральних схем, наприклад, під час цифрової обробки аналогової інформації, необхідна наявність аналого-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів.

Аналогові та цифрові інтегральні схеми виготовляють серіями для спрощення побудови різноманітної електронної апаратури.

Серія - це сукупність інтегральних мікросхем (від одиниць до десятків), які виконують різні функції, але мають єдину схемотехнічну і конструктивно-технологічну основу та призначені для сумісної роботи в електронній апаратурі. До складу серії цифрових схем включають логічні елементи, які не тільки створюють функціонально повну систему, а й вирізняються різноманітністю, що дає змогу мінімізувати об'єм обладнання. Мікросхеми однієї серії, як правило, мають однакові напругу джерел живлення, значення вхідних і вихідних опорів, рівні сигналів, тобто узгоджені за електричними характеристиками.

За функціональним призначенням, тобто згідно з характером функцій, що виконуються, аналогові та цифрові схеми поділяють на підгрупи і види.

До аналогових схем належать такі підгрупи, як підсилювачі, генератори сигналів, джерела вторинного електроживлення, багатофункціональні аналогові пристрої, фільтри, схеми порівняння тощо.

Цифрові схеми - це комутатори і ключі, логічні елементи, тригери, пристрої пам'яті, обчислювальні та цифрові пристрої, багатофункціональні цифрові пристрої тощо.

Цифрова мікросхема, яка виконує складні функції процесора, отримала назву мікропроцесора. Мікропроцесор виконує в основному функції АЛП (арифметико-логічного пристрою), а додаткові функції зв'язку з периферією виконують спеціально для цього виготовлені набори мікросхем.

Для перших мікропроцесорів кількість мікросхем у наборах обчислювалася десятками, а тепер це набір із двох-трьох мікросхем, що одержав назву чипсет. Мікропроцесори з вбудованими контролерами оперативної та постійної пам'яті, а також іншими додатковими функціями називають мікрокон-тролерами.

Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) - це пристрої для перетворення вхідного аналогового сигналу на дискретний код (цифровий сигнал).

Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) - це пристрої для перетворення цифрового коду на аналоговий сигнал (струм, напругу, заряд).

За технологією виготовлення транзисторів мікросхеми поділяють на:

• мікросхеми на уніполярних (польових) транзисторах - найбільш економні (за споживанням струму);

• мікросхеми на біполярних транзисторах.

Щоб поліпшити характеристики мікросхем, об'єднують технології біполярних і польових транзисторів. Залежно від ступеня інтеграції (кількості елементів) застосовують такі назви інтегральних схем (табл. 14.1).

Таблиця 74 7. Таблиця ступенів інтеграції мікросхем

Мікросхеми позначають на схемах заміщення умовно-графічними зображеннями. Існує безліч систем позначень інтегральних схем. Із них є кілька стандартних, які використовуються багатьма виробниками та користувачами.

Наведемо приклад позначення мікросхеми (на поверхні корпусу), рис. 14.11. Мікросхема K1533/1A3 - напівпровідникова ІС загального застосування, серія - 1533 (ТТЛ), функціональне призначення - логічний елемент І-НІ, номер розробки ІС у серії (підвид) - 3 (елемент 2-2І-НІ).

Мікросхема К140УД1 - інтегральний напівпровідниковий операційний підсилювач загального застосування серії 140 з порядковим номером розробки даної схеми в серії за функціональною ознакою 1.

 

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020

 




Попередня сторінка:  14.7. Планарно-епітаксіальна технологія...
Наступна сторінка:   14.9. Застосування інтегральних мікросх...



^