Классификация Интегральные микросхемы

Интегральная микросхема – это конструктивно законченное микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования информации, содержащее некоторое количество электрически связанных между собой электрорадиоэлементов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.д.), изготовленных в едином технологическом цикле.

1. Микросхемы, элементы, компоненты.

Интегральная схема – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала и/или накапливания информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Элемент интегральной микросхемы – часть интегральной схемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (транзистора, диода, резистора, конденсатора), которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие.

Компонент интегральной микросхемы - часть интегральной схемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие. Компонент является частью гибридной микросхемы.

Цифровая интегральная микросхема – микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

Аналоговая микросхема – микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.

2. Элементы конструкции микросхем.

Корпус – часть конструкции интегральной микросхемы, предназначенная для защиты микросхем от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Типы и размеры корпусов, расположение и количество выводов стандартизированы.

Подложка – заготовка из диэлектрического материала, предназначенная для нанесения на нее элементов гибридных и пленочных интегральных микросхем межэлементных и/или межкомпонентных соединений, а также контактных площадок.

Плата – часть подложки на поверхности которой нанесены пленочные элементы микросхемы, межэлементные и/или межкомпонентные соединения, а также контактные площадки.

Полупроводниковая пластина – заготовка из полупроводникового материала, предназначенная для изготовления полупроводниковых интегральных микросхем.

Кристалл – часть пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные и/или межкомпонентные соединения, а также контактные площадки.

Базовый матричный кристалл – кристалл интегральной микросхемы с регулярным, в виде матрицы, расположением не соединенных и/или соединенных между собой элементов, без межэлементных соединений.

Контактная площадка – металлизированный участок на плате или кристалле или корпусе интегральной микросхемы, служащий для присоединения выводов компонентов и кристаллов, перемычек, а также контроля ее электрических параметров и режимов.

Бескорпусная интегральная микросхема – кристалл микросхемы, предназначенный для монтажа в гибридную интегральную микросхему или микросборку. Для соединения с внешними электрическими цепями бескорпусная микросхема имеет собственные выводы, а ее полная защита обеспечивается корпусом устройства, в которое эта микросхема установлена.

Вывод – проводник, соединенный электрически с контактной площадкой кристалла и механически с его поверхностью. Могут быть жесткими (шариковые, столбиковые, балочные) или гибкими (лепестковые, проволочные).

Микросхемы изготавливают групповым методом по материалосберигающей технологии, тиражирую одновременно в одной партии от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч микросхем. По конструктивно–технологическому принципу микросхемы делятся на три группы: полупроводниковые, пленочные и гибридные.

В полупроводниковой интегральной микросхеме все элементы и межэлементные соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки.

В пленочной интегральной микросхеме все элементы и соединения между ними выполняются в виде пленок. В настоящее время методом пленочной технологии изготавливают только пассивные элементы – резисторы, конденсаторы и индуктивности. В зависимости от толщины пленки и способа создания элементов пленочные микросхемы делят на тонко– и толстопленочные. К первому типу относятся микросхемы толщина пленки в которых не превышает 1 мкм, а толщина пленки в толстопленочной микросхеме составляет 10…70 мкм.

В гибридных интегральных схемах в качестве активных элементов используются навесные дискретные полупроводниковые приборы или полупроводниковые интегральные микросхемы, а в качестве пассивных элементов используют пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности и соединяющие их пленочные проводники.

3. Простые и сложные микросхемы

- Степень интеграции микросхемы определен как показатель степени сложности, характеризуемы числом содержащихся в ней элементов и компонентов

К = lg N

Где К – коэффициент, показывающий степень интеграции

N – число элементов, входящих в состав интегральной микросхемы.

- количественную меру сложности цифровых микросхем определяют числом логических элементов, из которых состоит интегральная микросхема. Под логическим элементом в этом случае поднимают устройства, выполняющие операции булевой алгебры в двоичной системе счисления.

Табл. 1.

Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции

По степени интеграции микросхемы делятся на:

малые интегральные схемы (МИС) – это схемы 1…2 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов (логические элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, усилители, фильтры и т.д.);

средние интегральные схемы (СИС) – схемы 2…3 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств (регистр, дешифратор, счетчик, постоянно запоминающие устройство);

большие интегральные схемы (БИС) схемы 3…4 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько функциональных устройств (арифметико–логическое устройство, оперативное запоминающие устройство и т.д.)

сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – это интегральные схемы 5…7 степени интеграции, представляющие собой законченные микроэлектронные изделия, способные выполнять функции аппаратуры (однокристальные ЭВМ, микропроцессоры).

Наибольшей степенью интеграции обладают полупроводниковые микросхемы, затем тонкопленочные и, наконец толстопленочные и гибридными. Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции представлена в табл. 1.

Логические микросхемы на основе биполярных транзисторов по схемотехническому и конструктивно–технологическому исполнению разделяют на типы:

– резистороно–транзисторная логика (РТЛ) и ее модификация (с непосредственной связью, с емкостной связью и т.д.);

– транзисторно–транзисторная логика (ТТЛ) и ее модификация ( ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ));

– эмиттерно–связанная логика (ЭСЛ);

– интегральная инжекционная логика (И²Л);

– инжекционно–полевая логика (ИПЛ).

Логические микросхемы на МДП транзисторах подразделяются на:

– p–канальные (p–МДП);

– n–канальные (n–МДП);

– комплементарные на взаимодополняющих p– и n–канальных транзисторах (КМДП).

В настоящее время промышленность выпускает множество серий интегральных микросхем. Каждая из этих серий характеризуется следующими параметрами: быстродействие (задержка переключения); потребляемая мощность, произведение мощности на время задержки, запас помехоустойчивости, коэффициент разветвления по выходу, требования к напряжению питания, диапазон рабочих температур, плотность размещения элементов на кристалле, степень интеграции, стоимость и др. Сведения об этих характеристиках приведены в табл. 2.

4. Система условных обозначений микросхем

Аналоговые и цифровые микросхемы разрабатываются и выпускаются предприятиями изготовителями в виде серий. Каждая серия отличается степенью комплектности и содержит несколько микросхем, которые в свою очередь, подразделяются на типономиналы.

К серии микросхем относят совокупность типов микросхем, которые могут выполнять различные функции, но имеют единое конструктивно – технологическое исполнение и предназначены для совместного применения. С течением времени состав серий расширяется.

Тип микросхемы – микросхема конкретного функционального назначения и определенного конструктивного и схемотехнического решения, имеющая свое условное обозначение.

Типономинал – микросхема конкретного типа, отличающая от других микросхем однаим или несколькими параметрами.

Сканировать таблицу 1.2. стр. 11 Справочник цифровые и аналоговые интегральные микросхемы.

Условное обозначение полупроводниковых микросхемы

1 800 В Б 1

схема синхронизации МПК с порядковым номером серии 800 и номером разработки микросхемы в данной серии по функциональному признаку 1.

1 33 Л А 1

полупроводниковая микросхема И-НЕ с порядковым номером серии 33 и номером разработки микросхемы в данной серии по функциональному признаку 1.