![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Интегральные микросхемы, их классификация
Интегральные микросхемы Элементная база микроминиатюрного исполнения Применение электронных устройств для решения современных технических задач приводит к существенному усложнению их электрических схем. Анализ развития электронной техники показывает, что примерно в течение 10 лет сложность электронных устройств возрастает приблизительно в 10 раз. Такой рост приводит к возникновению в первую очередь проблемы надежности как элементов схем, так и электрических соединений между ними. Усложнение электронной аппаратуры приводит к увеличению вероятности отказов из-за увеличения отказов комплектующих элементов и отказов в цепях электрических соединений. Существенное увеличение надежности возможно только при значительном уменьшении числа комплектующих элементов за счет увеличения их функциональной сложности при повышении надежности их работы. Создание новых комплектующих изделий стало возможным на основе внедрения в электронную технику принципов элементной интеграции, т. е. объединения в одном сложном миниатюрном элементе многих простых элементов (резисторов, диодов, транзисторов и т.п.). Полученный в результате такого объединения сложный микроэлемент называют интегральной микросхемой. Интегральные микросхемы, их классификация Интегральная микросхема - это микроэлектронные изделия, состоящие из активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, дросселей) и соединительных проводов, которые изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой, заключены в общий корпус и представляют единое целое. Основные параметры интегральных микросхем: • плотность упаковки (количество элементов в единице объема); • степень интеграции (количество элементов в микросхеме). По степени интеграции ИМС делятся на: I степень интеграции - до 10 элементов; II степень интеграции - от 10 до 100 элементов; III степень интеграции - от 100 до 1000 элементов и т.д. По характеру преобразовываемого сигнала ИМС делятся на аналоговые и цифровые. Для аналоговых характерна пропорциональность входных и выходных сигналов, на них строятся усилители и генераторы аналоговых сигналов. Цифровые микросхемы применяются в ЭВМ. По конструктивно-технологическому признаку ИМС делятся на: Гибридные - пассивные элементы таких микросхем выполнены посредством нанесения пленок на поверхность диэлектрической подложки и навесных бескорпусных элементов (транзисторов, конденсаторов и т. п.), прикрепляемых к основанию; активные элементы представляют собой бескорпусные полупроводниковые приборы (плотность упаковки - до 150 эл/см3; степень интеграции -I и II). Полупроводниковые - все элементы таких микросхем выполнены в объеме и на поверхности полупроводника (плотность упаковки - до 105 эл/см3; степень интеграции -VI и выше). В отличие от гибридных интегральных микросхем, которые состоят из двух различных типов элементов: тонкопленочных резисторов, конденсаторов, соединительных проводов и навесных транзисторов, дросселей и конденсаторов большой емкости, полупроводниковые интегральные микросхемы состоят, как правило, из отдельных областей кристалла, каждая из которых выполняет функцию резистора, конденсатора, диода или транзистора. Дроссели в таких микросхемах создавать очень трудно; поэтому большинство схем проектируется так, чтобы исключить применение индуктивных элементов. Все эти элементы схемы получают в едином технологическом цикле в кристалле полупроводника. Это позволяет существенно усложнять микросхему и увеличивать число активных и пассивных элементов практически без повышения трудоемкости изготовления. При этом можно создавать весьма сложные микросхемы с большой (содержащей более 150 элементов) степенью интеграции при вполне удовлетворительной себестоимости. Полупроводниковые интегральные микросхемы могут рассеивать мощности порядка 50—100 мВт, работать до частот 20—100 мГц, обеспечивать время задержки не более 2—5 нс. Надежность этих схем весьма высока: в пределах нагруженных режимов среднее время безотказной работы может достигать (1—2)-106 ч. Пленочные – отдельные элементы и межэлементные соединения выполняются на поверхности диэлектрика (обычно используется керамика). Электронные устройства, выполненные на полупроводниковых интегральных микросхемах, могут иметь плотность монтажа до 500 элементов (резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов) на кубический сантиметр. Это позволяет увеличить плотность элементов в 20— 50 раз по сравнению с микромодульными схемами. Среднее время безотказной работы устройства, содержащего 107—108 элементов, может достигать 10—20 тыс. ч. Преимуществом интегральных микросхем являются также высокое быстродействие, так как малые размеры схем обеспечивают снижение таких паразитных параметров, как междуэлектродные емкости и индуктивности соединительных проводов; высокая экономичность (даже большие интегральные схемы обычно потребляют не более 100—200 мВт). Такая малая величина потребляемой мощности позволяет снизить расход электроэнергии и уменьшить массу источников питания устройств, выполненных с применением интегральных схем. Некоторым недостатком интегральных микросхем является небольшая величина их выходной мощности (обычно 50—100 мВт), что обусловлено в основном малыми габаритами и сложностью отвода тепла от микросхем. Общетехнические параметры интегральных микросхем—механическая прочность, диапазон рабочих температур, устойчивость к пониженным и повышенным давленям и влагоустойчивость, как правило, не хуже, чем у диодов и транзисторов. Параметры логических микросхем регламентируются ГОСТ 18683—73 и включают большое число показателей, основными из которых являются следующие: уровни напряжений, обеспечивающие значения логических 0 и 1. Эти напряжения должны существенно различаться для предотвращения ложных переключений; помехоустойчивость, оцениваемая наибольшим значением напряжения помехи Uпом max, при котором не происходит изменений на выходе (ложных срабатываний); потребляемый ток Inm (мощность Pnm); время задержки tз при переключениях логического устройства из одного состояния в другое, обусловливающее его быстродействие. коэффициент усиления Ки, входное сопротивление Rвх, выходное сопротивление Rвых, максимальная величина выходного напряжения Uвых; рабочий диапазон частот
|