книги / Микроэлектроника толстых пленок

лой транзисторы, герметично упакованные интегральные схемы, емкости, резисторы и тороидальные индуктивно­ сти. После этого подложка помещается в эпоксидную оболочку, в которую заливают мягкий герметизирующий компаунд, а в качестве верхней части корпуса исполь­ зуется жесткая крышка. Соответствующая электрическая схема представляет собой генератор на частоту 136, 533 кГц. После сборки всей схемы производится ее на­ стройка.

Четыре описанных выше типа упаковки получили ши­ рокое распространение для выпуска промышленных и бытовых гибридных схем. Но и эти области, подобно военной, развиваются в направлении использования при сборке гибридных схем бескорпусных полупроводнико­ вых чипов. Такие бескорпусные полупроводниковые чипы широко используются в автомобильной промышленности, при производстве вычислительных машин (лучшим приме ром служит ИБМ-360), в бытовой промышленности. Еще одним перспективным применением гибридных схем должно стать производство силовых гибридных вен­ тилей.

8.2. Гибридная схема автомобильного регулятора напряжения

В автомобильной промышленности гибридные схемы применяются главным образом для регулировки напря­ жения. Доказано, что при массовом производстве гибрид­ ные схемы вполне конкурентоспособны. Схема автомо­ бильного регулятора напряжения выполняет три функ­ ции: регулирование напряжения, отключение системы и индикация неполадок. Выполняя функцию регулирования напряжения, регулятор должен ограничивать напряже­ ние разряда аккумулятора до заранее заданного уровня в любых температурных условиях; скорость вращения генератора должна быть достаточной для включения, выключения и переключения. И наконец, регулятор должен сигнализировать о неполадках, например, пу­ тем включения сигнальной лампочки на панельном ин­ дикаторе при наличии неисправностей в системе за­ рядки.

Регулятор обычно располагается внутри кожуха ге­ нератора. Тем самым вся система, находясь под колпа­ ком кожуха, подвергается действию высоких темпера­ тур, продолжительных вибраций, водяных брызг и по­ крывается коррозионными налетами на дорогах, покры­ тых солью. Кроме того, регулятор должен выдержать переходные напряжения в процессе зажигания, переклю­ чения диода генератором и потерю контакта в линии за­ рядки.

Таблица 8.1

Проектные параметры схемы регулятора напряжения, В

В табл. 8.1 указаны требования к электрическим па­ раметрам регуляторов напряжения, предназначающихся для легковых автомобилей. Схема регулятора напряже­ ния, приведенная на фиг. 8.5 [1], разработана как раз с учетом этих требований. Матрица из кремниевых диодов (Di, Z>2 и Z)3), соединенных, как показано на фиг.8.1,вы­ полняет функции отключения и индикации неисправно­ стей. Чтобы схема регулятора обеспечивала незначи­ тельные изменения напряжения аккумулятора при всех режимах электрической нагрузки и скорости вращения генератора, она должна иметь большой коэффициент усиления по току, что достигается использованием уси­ лителей Дарлингтона в секции запуска и в качестве

выходных транзисторов Qi, Qz и Qe. Сопротивления Re и Re,

включенные последовательно с емкостью RC-цепочки, служат фильтром против высокочастотных выбросов на­ пряжения. Термистор Т\ и сопротивления R 3 и Rik обра­

зуют цепь температурной компенсации, которая осу­ ществляет контроль за температурными уходами рабо­ чего напряжения. Диод Зинера Z играет роль индикатора

напряжений. Он включен в один из участков цепочки

делителя напряжений, состоящей из сопротивлений R h Rz, Rz, Rk и транзистора Т\. Сопротивление R i2, включен­ ное последовательно с усилителями Дарлингтона Q3 и Qi,

обеспечивает автоматическое отключение. Для расшире­ ния области рабочих температур используются делители тока на сопротивлениях R s, Rg, Rio и R n .

При выборе технологии учитывалась непригодность для этих целей монолитных интегральных схем из-за больших переходных напряжений (выше 100 В), боль­ ших постоянных токов (5 А) и высоких внутренних тем­ ператур генератора (125 °С). При выборе топологии гибридной схемы входную и выходную секции решили расположить на двух отдельных подложках. Благодаря этому каждой секции можно было придать оптимальную конструкцию, а каждый каскад удавалось полностью

слева, выходная — меньшую. Готовый корпус показан справа. Рабочие параметры полностью соответствуют за­ данным: регулируемое напряжение при изменении на­ грузки от 5 до 95% меняется в пределах 0,3 В. При лю­ бых возможных изменениях скорости генератора мак­ симальное изменение напряжения составляет 0,1 В.

8.3. Технология твердотельных логических схем для вычислительных машин

Массовое применение гибридных схем, без сомнения, началось с твердотельных логических схем вычислитель­ ных машин класса ИБМ-360. Как уже отмечалось в гл. 7, на примере твердотельных логических схем была доказана надежность толстопленочных гибридных схем, а к настоящему моменту совокупная емкость уже пре­ высила 50 млрд, модуле-часов. Фирма ИБМ ежесуточно выпускает свыше миллиона гибридных схем разной сложности. Эта фирма приступила к производству твер­ дотельных гибридных схем в начале 60-х годов. С тех пор она неуклонно повышала плотность упаковки эле­ ментов на подложке, усложняла их и постоянно совер­ шенствовала электрические характеристики схем. Фиг. 8.7 [4] убедительно демонстрирует прогресс, достиг­ нутый в области миниатюризации благодаря внедрению технологии твердотельных логических схем. В конце 40-х и начале 50-х годов комплект элементов схем для ЭВМ представлял собой набор электронных ламп (сле­ ва). Затем с середины 50-х годов началась транзистор­ ная технология (справа). И наконец, появились первые образцы твердотельных логических схем (в центре), со­ стоящих из бескорпусных транзисторных чипов и квад­ ратных толстопленочных модулей с длиной стороны гра* ни 1,25 см.

Технология твердотельных логических схем предпо­ лагает использование модулей гибридных схем, сочетаю­ щих отдельные, пассивированные стеклом кремниевые транзисторы и диоды с напечатанными через трафарет толстопленочными проводниками и резисторами. С пере­ ходом к выпуску вычислительных машин класса ИБМ-360 эта фирма разработала всю технологию массо-

230 ГЛ А ВА 8

припоя (сплава свинца с оловом). Шаблон кладут на пластину так, чтобы на контактные площадки можно было поместить медные шарики. Затем подложку на­ гревают, расплавляя пленку сплава, чтобы скрепить все шарики с пластиной. После этого пластину разрезают на отдельные заготовки (чипы). Подложка, содержащая 95% окиси алюминия, снабжена отверстиями для штырь­ ков. На подложку затем наносят и вжигают межсоеди­ нения. После этого наносят и вжигают резисторы из со­ става палладий — серебро — боросиликатное стекло. В подложку вставляют медные штырьки, которые рас­ полагают вокруг верхней и нижней поверхностей. Затем весь модуль погружается в ванну с припоем, который смачивает проводящие дорожки и штырьки. Припой обеспечивает хороший электрический контакт между штырьками и площадками, уменьшает сопротивление проводящих дорожек и помогает припаять полупроводни­ ковый чип к площадке. Так, после лужения сопротивле­ ние линий шириной 0,012 мм уменьшается от 8 до 2 Ом/см, а для линий шириной 0,25 мм их сопротивле­ ние снижается от 2,8 до 0,24 Ом/см. После этого сопро­ тивление резисторов регулируют в пределах заданных допусков путем абразивной обработки струей воздуха. Полупроводниковые чипы устанавливают на соответ­ ствующие контактные площадки и вдавливают в припой, который течет под давлением и соединяет чипы с под­ ложкой. Точность их размещения обеспечивается при­ способлениями для автоматической сборки. На фиг. 8.8 [4] показан полностью собранный модуль. В квадрате / находятся транзисторные и диодные чипы, связанные с переходами схемы 2. Большие темные площадки 3 за­

ключают в себе подстроечные резисторы. Две точки внизу слева представляют собой метки, необходимые для точной установки платы в процессе изготовления.

Усовершенствование технологии твердотельных логи­ ческих схем шло в последние годы в направлении все большего повышения плотности компонентов. В центре фиг. 8.9 [4] видно, сколь сложной теперь стала твердо­ тельная логическая схема. Справа показана ее конструк­ ционная разновидность с более высокой плотностью эле­ ментов. Она обладает теми же электрическими свойства-