Однокристальный микропроцессор с фиксированной разрядностью и с постоянным набором команд конструктивно исполняются в виде одной БИС. Такой микропроцессор выполняет функции процессора ЭВМ, все операции которого определяются хранящимися в его памяти командами. Особенность однокристального микропроцессора — наличие внутренней шины, по которой происходит обмен информацией между устройствами микропроцессора.
Рис. 7.1. Состав микропроцессорного комплекта интегральных схем
По функциональным возможностям микропроцессор соответствует процессору ЭВМ, выполненному на 20-40 ИС малой и средней степени интеграции, но обладает большим быстродействием, существенно меньшими размерами, массой, потребляемой мощностью.
Применение различных
схемо-технологических методов при изготовлении микропроцессоров позволяет,
например, получать на основе
р-МОП-схем до 80 тыс. операций/с, n-МОП-схем — 500...600 тыс. оп/с, КМОП-схем 400
тыс. оп./с, ЭСТЛ-схем — 3 млн. оп/с.
Совокупность конструктивно и электрически совместимых ИС, предназначенных для построения микропроцессоров, микро-ЭВМ и других вычислительных устройств с определенным составом и требуемыми технологическими характеристиками, есть микропроцессорный комплект интегральных схем.
Основа микропроцессорного комплекта интегральных схем — базовый комплект, который может состоять либо из одной БИС — однокристального микропроцессора с фиксированной разрядностью и постоянным набором команд, либо из набора ИС — многокристального секционированного микропроцессора МП (рис.7.1).
Для расширения функциональных возможностей МП базовый комплект дополняется ИС других типов, например запоминающими устройствами, интерфейсными ИС, контроллерами внешних устройств. Эти ИС могут быть одной серии с ИС базового комплекта или разных.
Контрольные вопросы:
1. Какие ИС называют большими? Их деление по конструкции, технологии и функциональному назначению?
2. Дайте определение схем АЦП.
3. Дайте определение схем ЦАП.
4. Какую схему БИС называют микропроцессором?
5. Какие микропроцессоры называют универсальными и специализированными?
6. Расскажите о микропроцессорном комплекте ИС.
Глава 8. Технологический процесс изготовления ИС.
Производственный процесс изготовления ИС можно разделить на три участка: участок формирования структур на пластине, участок сборки и участок выходного контроля.
Технологические процессы изготовления изделий в большинстве своем непрерывно-дискретные.
Непрерывные технологические процессы не могут быть прерваны до их окончания. В случае их прерывания раньше окончание процесса в большинстве случаев изделие уходит в брак. Например, аварийное отключение печей при проведении диффузионных процессов практически приводит к браку всей партии пластин.
Дискретные технологические процессы разделяются на отдельные операции. Эти процессы можно останавливать на определенное для каждого процесса время и после некоторого перерыва можно продолжать далее. Последствия такого перерыва в ходе процесса практически не отражаются на качестве изготовляемых изделий.
Технологический процесс изготовления ИС также принадлежит к непрерывно-дискретному, так как состоит из двух самостоятельных непрерывно-дискретных процессов изготовления полупроводниковых кристаллов со структурой ИС и их сборки. Изготовление структуры на кристалле включает непрерывные и дискретные процессы химической обработки пластины, процессы диффузии, литографии, напыления алюминия, разделения пластин на кристаллы. Каждый из этих процессов включает ряд технологических и контрольных операций.
Рис.8.1. Последовательность технологических операций при изготовлении ИС на пластине кремния с диэлектрической изоляцией.
Технологические метод обработки могут быть групповые и индивидуальные. Как правило, технологические процессы, связанные с обработкой пластин, являются групповыми, сборочные операции (пайка кристалла на основание корпуса, приварка внутренних выводов, герметизация и др.) – индивидуальные.
Современные технологические процессы изготовления ИС очень сложны. Анализ процессов изготовления показывает, что они проводятся при температурах, изменяющихся в диапазоне от – 100оС(криогенное травление) до +1100оС (окисление, диффузия, отжиг после ионной имплантации и др.), при давлении от атмосферного до 10-7 мм.рт.ст. Столь широкие диапазоны вызваны необходимостью проведения с исходными материалами различных физических и химических процессов для получения структур ИС с удовлетворяемыми техническими характеристиками.
Контрольные вопросы:
1. На какие три участка можно разделить производственный процесс изготовления ИС?
2. Дайте пояснение непрерывно-дискретному процессу изготовления ИС.
3.Привидите пример групповых и индивидуальных технологических процессов.
4. Расскажите о последовательности технологических операций изготовления структур ИС на пластине кремния.
Глава 9. Гибридные интегральные схемы.
Исторически первыми (в середине шестидесятых годов прошлого века) были разработаны гибридные ИС. В этих схемах пассивные элементы (резисторы, конденсаторы) и все соединения изготавливаются из пленок различных материалов, нанесенных на диэлектрическую подложку, а в качестве активных элементов применяются бескорпусные или в малогабаритном корпусе полупроводниковые приборы и ИС.
Гибридные БИС позволяют создавать целые электронные устройства, которые практически невозможно создавать в монолитном исполнении. К основным недостаткам гибридных БИС относятся: меньшая, чем у монолитных БИС, плотность упаковки элементов, которая приводит к увеличению размеров и массы БИС, меньшая надежность из-за сравнительно большого числа сварных соединений.
Диэлектрические подложки изготовляют из керамики, ситала или стекла. Индуктивные катушки и конденсаторы большой емкости, как правило, применяют навесные.
При изготовлении гибридной схемы сначала создают соединения, для чего напыляют или наносят каким-либо другим способом полоски алюминия, серебра или золота. После этого напыляют сопротивление из тантала, хрома или специальных сплавов. Выбирая соответствующий материал, его толщину и площадь, подбирается необходимый номинал резистора. Необходимо отметить, что сопротивление резисторов можно «подгонять» до необходимой величины частичным удалением резистивной пленки. Таким образом, эти резисторы позволяют получить непрерывную шкалу номиналов. Для изготовления конденсатора напыляется металл, затем диэлектрик и снова металл. Как и резисторы, пленочные конденсаторы имеют непрерывную шкалу номиналов емкости.
Рис. 9.1. Гибридная интегральная схема типа
ГК-19:
а — после герметизации; б — до герметизации
Считается целесообразным изготовлять пленочные конденсаторы с емкостью в пределах 100-5000 пФ. Пленочные индуктивности выполняют нанесением на диэлектрические подложки пленок в виде однослойных спиралей круглой или прямоугольной формы, заканчивающихся контактными площадками. Затем устанавливают навесные элементы: диоды, транзисторы и другие элементы.
Гибридные ИС, в которых в качестве навесных элементов применены бескорпусные ИС, называют многокристальными.
Преимущества гибридно-пленочной технологии заключаются в высокой гибкости, т.е. в возможности выбора различных материалов и методов изготовления пленочных элементов, сравнительной простоте разработки и изготовления большинства схем в гибридном исполнении.
Как и полупроводниковые ИС гибридные ИС на заключительном этапе подлежат корпусированию. Перед герметизацией контактные площадки платы гибридной схемы соединяются с помощью проволоки с контактными площадками выводов корпуса, проволочные выводы развариваются или напаиваются к контактным площадкам (рис.9.1).
Контрольные вопросы:
1. Какие преимущества и недостатки гибридных схем?
2. Расскажите о последовательности технологических операций создания гибридных схем.
3. Какие гибридные схемы называются многокристальными?
Глава 10. Методы обеспечения качества и надежности в процессе серийного производства ППИ.
10.1. Общие понятия.
Для изготовителей ППИ важнейшим показателем качества служит процент выхода годных. Это объясняется тем, что выход годных изделий определяет в комплексе управляемость и стабильность производства, что, в свою очередь, связано с показателем надежности изделий.
При производстве хорошо разработанное изделие может быть некачественно, некорректно изготовлено, либо изготовлено из некачественных материалов, некачественным инструментом. Некачественное изделие может быть обнаружено производственной системой контроля качества, либо не обнаружено, или обнаружено, но пропущено ею.
В рамках работ по повышению качества большинство изготовителей полупроводниковых изделий во всем мире с начала 1982 года для измерения уровня качества продукции стали использовать такой показатель качества, как количество дефектных изделий на 1млн из всего количества изготовляемых изделий данного типа. Например, в Японии качество ППИ должно удовлетворять следующим требованиям: для полупроводниковых приборов количество дефектных на миллион полученных не должно превышать 10, для ИС малой и средней степени интеграции – 100, для БИС – 1000.
При оценке ППИ используются понятия, характеризующие запасы по тому или иному электрическому параметру по отношению к нормам технических условий. Запасы по электрическим параметрам определяются конструктивными данными и особенностями технологии производства, поэтому используют понятие конструктивно-технологического запаса.
Показатель «ритмичность выпуска изделий» характеризует в определенной степени и качество выпускаемых изделий. Как показали наблюдения, количество дефектов (нарушений технологического процесса) при неритмичной работе в конце месяца может возрасти в 3-5 раз по сравнению со средним значением.
Если практически качество ППИ оценивается данными по входному и выходному контролю на соответствие их требованиям технических условий по электрическим параметрам, то надежность изделий связана с временам сохранением своих параметров в условиях эксплуатации, включая в это понятие и длительное хранение.
Встречающееся мнение о том, что надежное изделие можно изготавливать на ненадежном устаревшем оборудовании, практически не подтверждается. Из-за экономических соображений нередко используют устаревшие технологические процессы, ошибочно считая, что контроль и испытание позволяет получить готовые изделия требуемого качества и надежности.
Предположим, что надежность ИС после его изготовления Р равна надежности схемы, заложенной при конструировании Ро. При этом всякое отклонение в технологическом процессе, в материалах, допусках, чаще всего встречающееся в начале серийного производства, снижает надежность получаемой ИС на величину ∆Р.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
