Микросхемы повышенного уровня интеграции

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок

По числу содержащихся в корпусе микросхем элементов разли­чают шесть степеней интеграции: первая степень — от 1 до 101; вторая — от 10 до 102; третья — от 102 до 103; четвертая — от 103 до 104; пятая — от 104 до 105; шестая — от 105 до 106 элементов.

Интегральные микросхемы, содержащие более 100 элементов, принято называть микросхемами повышенного уровня интеграции, используется также термин «большие интегральные схемы» (БИС) он соответствует четвертой-пятой степеням интеграции

Микросхемы повышенного уровня интеграции имеют по сравне­нию с микросхемами малого уровня интеграции значительно лучшие габаритные характеристики, меньшую стоимость в расчете на один функциональный элемент, а также ряд других преимуществ благо­даря которым удается существенно улучшить основные технико-эко­номические характеристики аппаратуры.

Во-первых, значительно уменьшается число соединений в аппа­ратуре из-за большей функциональной сложности самих микросхем. Усредненные расчеты показывают, что микросхема, например с пятью логическими элементами нуждается в пяти внешних выво­дах на один элемент для обеспечения необходимых функциональных связей в устройстве. При увеличении количества логических элемен­тов в микросхеме до 50 число внешних выводов уменьшается до двух на элемент. Известно, что в микроэлектронной аппаратуре кон-тактные соединения являются одной из основных причин ее отказов. Поэтому их уменьшение при использовании микросхем повышенной степени интеграции позволяет повысить надежность аппаратуры на один-два порядка по сравнению с аппаратурой на микросхемах ма­лой степени интеграции.

Во-вторых, сокращается общая длина соединений между эле­ментами, снижаются паразитные емкости нагрузок и, следовательно повышается быстродействие аппаратуры. При применении элементов со средней задержкой переключения 2 не реализовать их быстродей­ствие можно только в том случае, если общая длина межсоедине­нии не будет превышать 4 см, тогда задержка в межсоединениях будет примерно на порядок меньше, чем в элементе Отсюда сле­дует, что создание устройств со сверхвысоким быстродействием принципиально возможно только на базе микросхем повышенного уровня интеграции, в которых длину соединений можно довести до 1 см, снизив тем самым задержку распространения сигнала между элементами до 0,05 — 0,1 не.

Вместе с отмеченными достоинствами микросхемы повышенного уровня интеграции имеют целый ряд особенностей, которые ослож­няют их разработку, изготовление и применение. Например воз­растание удельной рассеиваемой мощности при увеличении степени интеграции требует принятия специальных мер по обеспечению теп-лоотвода, а при удельной мощности выше 20 Вт/см2 — применения принудительного охлаждения. Важной задачей при этом становится разработка функциональных структур, применение функциональных элементов и режимов, которые давали бы возможность снизить за­траты энергии, приходящейся на одну выполняемую функцию

Повышение степени интеграции в большинстве случаев приво­дит к увеличению сложности функций, выполняемых микросхемой, С одной стороны, это положительный фактор, так как при исполь­зовании более сложных микросхем упрощается проектирование и изготовление аппаратуры. В то же время стоимость ремонта может существенно возрасти. Меньшая универсальность микросхемы повы­шенной степени интеграции ограничивает необходимый объем их выпуска, а следовательно, увеличивает их стоимость. (Последнее не относится к программно-управляемым микросхемам, для которых повышение степени интеграции не уменьшает универсальности.)

При повышении плотности упаковки усиливается электромагнит­ная связь между элементами за счет близкого расположения межсоединений и самих элементов, что приводит к понижению помехо­устойчивости микросхем. Появляются значительные трудности при изготовлении малых по размерам корпусов с большим количеством выводов, что существенно сдерживает увеличение степени инте­грации.

Тем не менее повышение уровня интеграции микросхем являет­ся прогрессивным направлением их развития, направлением, которое помогает существенно улучшить как функциональные, так и эксплуа­тационные показатели РЭЛ.

Существует два направления в разработке микросхем повышен­ного уровня интеграции. Одно из них базируется на гибридной тех­нологии, использующей бескорпусные микросхемы малой степени интеграции и пленочную технологию их соединения на диэлектри­ческой подложке. Бескорпусные микросхемы по сравнению с их ана­логами в корпусах меньше по объему и массе примерно в 70 раз и по занимаемой площади в 30 раз. Устанавливают их на много­слойную подложку, иногда называемую коммутационной платой. Соединения наносят либо по тонкопленочной, либо по толстопленоч­ной технологии. Гибридная технология получила широкое распро­странение для изготовления микросхем повышенной степени инте­грации благодаря сравнительно низкой стоимости проектирования и изготовления микросхем малой степени интеграции, хорошо отрабо­танному технологическому процессу и высокому проценту выхода годных изделий.

Другое направление в разработке и производстве микросхем повышенной степени интеграции использует полупроводниковую тех­нологию. Все элементы изготавливают в объеме полупроводниковой пластины и затем соединяют в требуемую схему с помощью тонких проводящих пленочных полосок, нанесенных на поверхность окис­ленной пластины. Межсоединения выполняют обычно по методу избирательного монтажа, при котором предварительно осуществляют на каждой пластине проверку годности элементов, после чего с по­мощью ЭВМ составляют схему межсоединений и затем только осу­ществляют межсоединения.

Полупроводниковые микросхемы повышенной степени интегра­ции изготавливают главным образом на основе МДП-транзисторов. Это объясняется их преимуществами перед микросхемами на бипо­лярных транзисторах: втрое меньшим числом технологических опе­раций и на порядок большей плотностью размещения элементов на подложке.

Однако по быстродействию они уступают микросхемам на би­полярных транзисторах. Поэтому основную область их применения составляет аппаратура сравнительно невысокого быстродействия.