«ородных металлов могут образоваться химические соединения этих металлов и окислы. Типичным примером такого явления могут служить химические соединения алюминия и золота, образовавшиеся между алюминиевыми контактными островками и золотыми проводниками, которые применяются для присоединения интегральной пластинки к внешним выводам корпуса. Эти химические соединения, известные под названием «пурпурной чумы», имеют темный цвет, очень хрупки и являются Непроводящими. Они в сильной степени определяют .надежность электрических соединений в интегральных схемах, когда Для присоединения к алюминиевым контактным островкам применяют золотые проводники.

i-9. ТОЛСТЫЕ ПЛЕНКИ

Четкой границы, разделяющей понятия «толстые» и «тонкие» пленки, не существует. Как прави-.ло, пленки толщиной более 10 мкм относят к толстым пленкам. Структура и размеры толстых пленок не сравнимы с размерами монолитных схем. Поэтому применение толстых пленок ограничивается в основном гибридными устройствами.

Как правило, толстые резистивные пленки требуемой конфигурации осаждают на керамическую подложку методом шелкографии. Исходным материалом для изготовления таких резисторов служит суспензия проводящих металлических частиц в керамике с добавле-нием органической резины в качестве наполнителя. При методе шелкографии подложка нагревается до температуры 1400-1600°С для обеспечения равномерного сцепления (адгезии) резистивной пленки с подложкой. Резисторы такого типа называют «керметами», так как исходными материалами для их изготовления служат керамика и металл. Типовая структура кермета состоит из частиц хрома, серебра

или окиси свинца, взвешенных в окиси или двуокиси кремния. Соответствующим подбором состава исходного материала можно получить значение сопротивления слоя до 10000 Ом/квадрат. Однако в общем случае этот процесс не позволяет достаточно точно определять величину получаемого в результате сопротивления слоя. Поэтому в случае необходимости -изготовления резистора с более точным номиналом сопротивления применяют методы доводки уже нанесенного на подложку резистора.

Электрические контакты к рези-стивным толстопленочным элементам изготовляются из золота или никеля методом неэлектрического осаждения и фототравления.

1-10. СБОРКА И ГЕРМЕТИЗАЦИЯ В КОРПУСЕ

Изготовление монолитной схемы на кремниевой подложке представляет лишь часть технологического процесса. Кроме того, для полного завершения схемы необходимыми этапами являются сборка и герметизация кремниевой пластинки в корпусе.

Отбраковка по электрическим параметрам

Этап сборки и помещения интегральной схемы в корпусе не столь легко и просто приспособить к групповой технологии как описанный выше планарный процесс. Поэтому на завершающем этапе производственного цикла каждую готовую схему необходимо индивидуально закрепить и присоединить к выводам в отдельном корпусе и провести электрический контроль характеристик. Так как завершающие этапы сборки, заключения в корпус и контроля электрических параметров являются более дорогими, целесообразно отбраковывать изготовленные схемы, пока они находятся еще в составе вафли. Для этой цели используются автоматические уста-

новки. При измерении электрических параметров иглообразные металлические зонды соединяются с контактными выступами на каждой из монолитных схем и производится измерение токов и напряжений на зажимах схемы. Обычно такие измерения электрических параметров выполняются с помощью автоматической программной, установки, которая способна выполнять до 100 измерений в секунду на одной монолитной пластинке. В случае, когда электрические характеристики схемы не удовлетворяют требованиям, приводится в действие специальное пишущее устройство, которое маркирует дефектную схему. Когда контроль одной схемы закончен, зонды перемещаются на следующую пластинку. Таким образом осуществляются автоматический контроль и разбраковка схем на всей вафле.

Разделение вафли на пластинки и закрепление их в корпусе

После электрической разбраковки схем вафля подвергается операции скрайбирования, которая заключается в нанесении на ней алмазным резцом прямоугольной сетки линий, разделяющих вафлю на отдельные пластинки со схемами. Затем по этим линиям вафля разламывается и дефектные схемы, обнаруженные и маркированные на этапе разбраковки, отбрасываются. Теперь монолитные пластинки со схемами подготовлены к монтажу в корпусе.

Крепление монолитной пластинки к покрытой слоем золота головке корпуса осуществляется посредством золото-германиевого эвтектического сплава, который образует хороший тепловой и электрический контакт пластинки с корпусом. После закрепления пластинки производится электрическое соединение контактных выступов интегральной схемы с внешними выводами корпуса при помощи золотых или алюминиевых проволочек. Для электри-

ческого соединения применяют различные методы: термокомпрессионный, ультразвуковой и др. После закрепления и электрического соединения монолитной пластинки с выводами корпус герметизируется и изготовление интегральной схемы закончено. Остается лишь провести окончательный электрический контроль схем и их классификацию.

Корпуса интегральных схем

Корпус интегральной схемы должен удовлетворять многочисленным, часто противоречивым требованиям. Он должен иметь невысокую стоимость, обладать механической прочностью и герметичностью,, допускать высокую плотность монтажа, иметь паразитные реактивные параметры не выше допустимых,, иметь невысокое тепловое сопротивление, быть простым в обращении с ним. Ни один из существующих корпусов интегральных схем неявляется идеальным и не удовлетворяет полностью всем перечисленным требованиям. Для большинства монолитных аналоговых схем выбор корпуса ограничивается всего тремя, наиболее широко распространенными типами. Такими корпусами являются транзисторный. ТО-5, плоский и корпус с двумя рядами выводов.

Корпус типа ТО-5 является модификацией хорошо известного-транзисторного корпуса и может-иметь от четырех до двенадцати-выводов. В него монтируется интегральная пластинка площадью до-0,0625 мм. Тепловое сопротивление корпуса ТО-5 составляет величину 75 °С/Вт. Корпус имеет высоту 4,5 мм и диаметр 8,5 мм.

Размеры плоского корпуса несколько меньше. Он представляет собой прямоугольник 6,3X6,3 мм высотой 1,2 мм и по сравнению с корпусом типа ТО-5 допускает более высокую плотность монтажа. Тепловое сопротивление плоского-корпуса приблизительно-на 60% выше, чем у корпуса ТО-5.

Корпус с двумя рядами выводов применяется в трех вариантах: с 8, 14 и 16 внешними выводами. По сравнению с плоским корпусом он несколько больше (6,3X19 мм) и более удобен при монтаже. Конструкция корпуса и выводов делает его очень удобным при монтаже на схемных платах и позволяет автоматизировать процесс сборки на печатных платах. Тепловое сопротивление корпуса примерно такого же порядка, что и у ТО-5.

Монтаж интегральной схемы в корпусе и сборка являются основными факторами, определяющими ее стоимость. В настоящее время разработке этих вопросов уделяется очень много внимания. Весьма интенсивно ведется разработка новых методов сборки и монтажа интегральных схем в корпусе. Детальный анализ и сравнение этих методов являются специальной областью и достаточно хорошо описаны в литературе.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА: ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ

В монолитных схемах прибор и •его конструктивное исполнение не могут быть четко отделены друг от друга. Ограничения, накладываемые планарной технологией изготовления, и сильная взаимосвязь параметров прибора с паразитными явлениями зачастую требуют •особой конструкции и компромисса при конструктивном выполнении схемы. Следовательно, конструктору аналоговых интегральных схем необходимо иметь представление о характеристиках и ограничениях интегральных приборов. Цель данной главы - дать сравнительный обзор активных элементов в монолитных интегральных схемах.

Биполярный транзистор - наиболее важный элемент монолитных схем. Планарный процесс, описанный в предыдущей главе, был первоначально разработан для изготовления дискретных биполярных транзисторов, а позднее распространен и на интегральные схемы. Поэтому при переходе от схем на дискретных элементах к интегральным схемам использование биполярных транзисторных структур обычно предполагает наименьшее количество конструктивных компромиссов. Это особенно справедливо в отношении биполярных транзисторов п-р-п типа, которые являются основным элементом почти всех .аналоговых интегральных схем.

2-1. ТРАНЗИСТОРЫ ТИПА п-р-п

Биполярный транзистор п-р-п типа является ключевым схемным элементом, который служит основой для расположения других элементов. Остальные элементы выбираются и конструируются таким образом, чтобы они совмещались с основной п-р-п структурой. На рис. 2-1 показано срав-нение дискретной и интегральной планарной п-р-п биполярной структуры. В случае дискретного устройства сильнолегированная (низкоомная) подложка используется в качестве исходного материала, на котором выращивается более высокоомный эпитаксиальный слой п-типа, служащий активной коллекторной зоной. Основное отличие между двумя структурами, изображенными на рис. 2-1, заключается в том, что в случае отдельной интегральной структуры коллекторная область вынесена на верхнюю сторону вафли.

Результатом этого является значительно более высокое последовательное сопротивление для интегрального транзистора. Диодная изоляция островка вокруг коллектора в интегральном приборе вносит два дополнительных паразитных источника в структуру: паразитный диод Дкп коллектор - подложка и переходная емкость Скп