6. Плівкові інтегральні мікросхеми

Плівковими мікросхемами називають схеми, що виконуються насадженням плівок різних матеріалів на ізоляційну основу (підкладку). Плівкова технологія дає можливість отримувати всі пасивні елементи схем (резистори, конденсатори та інші). Отримання активних елементів (діодів, транзисторів) пов’язане з великими технологічними труднощами створення монокристалічних напівпровідникових плівок на підкладках. Тому активні еле­менти (в мініатюрному або безкорпусному оформленні) виконують по звичайній технології виготовлення дискретних напівпровідникових пристроїв та монтують на готових підкладках. Плівкові мікросхеми, в яких використовуються навісні активні елементи, а пасивні елементи виконані у вигляді плівок, називають гібридними мікросхемами. Таким чином, в гібридних мікросхемах здійснюється тільки часткова інтеграція елементів схеми. Залежно від товщини плівок розрізняють товстоплівкові (від 1 до 25 мкм) і тонкоплівкові гібридні мікросхеми (до 1 мкм). Істотним недоліком товстоплівкових мікросхем є нестабільність номінальних значень величин пасивних мікроелементів і відносно низька щільність монтажу. Тонкі плівки забезпечують щільність монтажу до 200 элементів/см³ і високу точність елементів.

Компоненти плівкових мікросхем - підкладки. Як матеріал підкладки найчастіше використовують скло і кераміку - вибір цих матеріалів обумовлений малою питомою електропровідністю, хімічною стійкістю і високою діелектричною міцністю. Для забезпечення хорошого зчеплення плівок з підкладкою, останні піддаються ретельній поліровці, труєнню в кислотах і промивці. Крім того, перед нанесенням плівок підкладки очищають шляхом іонного бомбардування безпосередньо в установці для напилення. Підкладка для нанесення гібридної мікросхеми є чотирикутною пластинкою довжиною l, шириною b і товщиною s. Встановлені наступні розміри підкладок:

Товщина підкладок 0,6; 1,0; 1,6 мм з відхиленнями 0,06 мм.

Підкладки 48 х 60 мм або кратних розмірів використовуються для виготовлення за один технологічний цикл декілька однакових плівкових схем з подальшою розрізкою на менші плати. Неперпендикулярність сторін не більше 0,1—0,2 мм, непаралельність площин не більш ніж 0,05мм.

Резистори. Плівкові резистори виготовляються з матеріалів, що володіють високим електричним опором і низьким температурним коефіцієнтом опору (ТКС): хрому, ніхрому, танталу, металокераміки, спеціальних провідних фарб на основі вуглецю і ін.

На рис. 11 схематично показаний ніхромовий тонкоплівковий резистор, сформований на шарі двоокису кремнію.

Рис. 11. Тонкоплівковий резистор:

1 – кремнієва підкладка; 2 – виводи із алюмінію; 3 – ізоляційний прошарок

двоокису кремнію; 4 – плівка ніхрому.

Тонкоплівкові резистори можуть працювати при напрузі до декількох сотень вольт на частотах до декількох сотень мегагерц.

Конденсатори. Для напилення плівкових конденсаторів в якості діелектрика використовують моноокисел кремнію S_IO, трьохсірчисту сурму S_b2S₃, а як обкладинку — алюміній. Типова структура плівкового конденсатора типу метал — діелектрик — метал показана на рис. 12.

Тонкоплівкові конденсатори масового виробництва мають питому ємкість до 20 000 пФ/см2, напруга пробою близько 50 В, робоча напруга 15—25 В, тангенс кута діелектричних втрат на частоті 1 кгц не більше 0,02. Розкид параметрів знаходяться в межах ± 10%, а температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) складає ±0,001% на 1° С. Площу обкладань конденсатора вибирають по заданій і питомій ємкості.

Рис. 12. Тонкоплівковий конденсатор:

1 — нижня обкладинка (метал); 2 — діелектрик;

3 — верхня обкладинка (метал); 4 — ізоляційна підкладка

Підганяти ємкість можна механічно, використавши специфічний для плівкових схем процес — випалювання.

При необхідності отримання великих ємкостей застосовують дискретні конденсатори.

Індуктивності. У тонкоплівочних схемах застосовують плівкові індуктивності у вигляді одношарової спіралі (рис.13). У якості матеріалу спіралі зазвичай використовують золото, оскільки воно володіє хорошою провідністю. Такі спіралі мають дуже малу індуктивність (одиниці мкГ/см²).

Мал. 13. Тонкоплівкова індуктивність

Оскільки виготовлення тонкоплівкових індуктивностей пов'язане з великими труднощами, в тонкоплівкових схемах застосовують головним чином дискретні мікрокотушки індуктивності з сердечником з порошкового заліза або із спеціальних феритів.