Zberite mikrovezja. Kako so izdelana integrirana vezja

Sodobni svet je tako računalniško podprt, da si našega življenja praktično ne moremo predstavljati brez obstoja elektronskih naprav, ki nas spremljajo na vseh področjih našega življenja in delovanja.
In napredek ne miruje, ampak se nenehno izboljšuje: naprave se zmanjšujejo in postajajo močnejše, bolj kapacitivnejše in bolj produktivne. Ta proces temelji na tehnologiji izdelava mikrovezij, ki je v poenostavljeni različici povezava več brez ohišnih diod, triod, tranzistorjev, uporov in drugih aktivnih elektronske komponente(včasih njihovo število v enem mikrovezju doseže več milijonov), ki jih združuje eno vezje.

Polprevodniški kristali (silicij, germanij, hafnijev oksid, galijev arzenid) so osnova za izdelavo vseh mikrovezij. Na njih so narejene vse elementarne in medelementne povezave. Najpogostejši med njimi je silicij, saj je po svojih fizikalno-kemijskih lastnostih najprimernejši za te namene polprevodnik. Dejstvo je, da polprevodniški materiali spadajo v razred z električno prevodnostjo, ki se nahaja med prevodniki in izolatorji. In lahko delujejo kot prevodniki in dielektriki, odvisno od vsebnosti drugih kemičnih nečistoč v njih.

Ustvarjajo se mikrovezja z zaporednim ustvarjanjem različnih slojev na tanki polprevodniški rezini, ki so predhodno polirani in z mehanskimi ali kemičnimi metodami privedeni do zrcalne barve. Njegova površina mora biti popolnoma gladka na atomski ravni.

Video faze proizvodnje mikrovezja:

Pri oblikovanju plasti se zaradi dejstva, da so vzorci, naneseni na površino plošče, tako majhni, material, ki naknadno oblikuje vzorec, takoj nanese na celotno površino, nato pa se nepotrebni odstranijo s postopkom fotolitografije.

Fotolitografija je ena glavnih faz proizvodnja čipov in nekoliko spominja na produkcijo fotografije. Na površino predhodno nanesenega materiala se v enakomernem sloju nanese tudi poseben svetlobno občutljiv material (fotorezist), nato se posuši. Nadalje se s posebno fotomasko na površino plasti projicira zahtevani vzorec. Pod vplivom ultravijoličnega sevanja posamezna področja fotorezista spremenijo svoje lastnosti - postane močnejša, zato se neobsevana območja naknadno odstranijo. Ta metoda risanja vzorca je tako učinkovita v svoji natančnosti, da se bo še dolgo uporabljala.

Sledi postopek električne povezave med tranzistorji v mikrovezjih, združevanje tranzistorjev v ločene celice in celic v ločene bloke. Medsebojne povezave so ustvarjene v več kovinskih plasteh končnih mikrovezij. Baker se uporablja predvsem kot material pri izdelavi plasti, zlato pa se uporablja za posebej produktivne sheme. Število plasti električnih povezav je odvisno od moči in zmogljivosti ustvarjenega mikrovezja - močnejše kot je, več vsebuje teh plasti.

Tako dobimo kompleksno tridimenzionalno strukturo elektronskega mikrovezja z debelino več mikronov. Nato je elektronsko vezje prekrito s plastjo dielektričnega materiala, debelo nekaj deset mikronov. V njem se odprejo le kontaktne ploščice, skozi katere se nato v mikrovezje dovajajo moč in električni signali od zunaj. Spodaj je pritrjena kremena plošča, debela sto mikronov.

Na koncu proizvodnega procesa se kristali na rezini testirajo posamezno. Nato je vsak čip zapakiran v svoje ohišje, s pomočjo katerega ga je mogoče povezati z drugimi napravami. Nedvomno je vrsta embalaže odvisna od namena mikrovezja in načina njegove uporabe. Pakirani čipi gredo skozi glavno fazo stresnega testa: izpostavljenost temperaturi, vlagi, elektriki. In že glede na rezultate testov so zavrnjeni, razvrščeni in razvrščeni po specifikacijah.

Pomembna stvar v procesu proizvodnje delov na mikro nivoju, kot so mikrovezja, je idealna čistoča prostorov za proizvodnjo. Zato se za zagotavljanje idealne čistoče uporabljajo posebej opremljeni prostori, ki so najprej popolnoma zaprti, opremljeni z mikrofiltri za prečiščevanje zraka, osebje, ki dela v teh prostorih, ima kombinezone, ki preprečujejo vstop mikrodelcev. Poleg tega je v takšnih prostorih zagotovljena določena vlažnost, temperatura zraka, zgrajeni so na temeljih z zaščito pred vibracijami.

Video - izlet v tovarno, kjer se proizvajajo mikrovezja:

nazaj

naprej -

Imate poslovno idejo? Na naši spletni strani lahko izračunate njegovo dobičkonosnost na spletu!

V tem članku bomo govorili o mikrovezjih, katere vrste obstajajo, kako so razporejene in kje se uporabljajo. Na splošno je v sodobni elektronski tehnologiji težko najti napravo, ki ne uporablja mikrovezij. Tudi najcenejše kitajske igrače uporabljajo različne ravnine, s smolo napolnjene čipe, ki imajo nalogo nadzorne funkcije. Poleg tega vsako leto postajajo vse bolj zapleteni znotraj, a lažji za upravljanje in manjši, zunaj. Lahko rečemo, da se mikrovezja nenehno razvijajo.

Mikrovezje je elektronska naprava ali njen del, ki lahko opravlja določeno nalogo. Če bi bilo treba rešiti tak problem, ki ga rešujejo številna mikrovezja, na diskretnih elementih, na tranzistorjih, bi naprava namesto majhnega pravokotnika, ki meri 1 centimeter krat 5 centimetrov, zasedla celotno omaro in bi bila veliko manj zanesljiva . Toda tako so izgledali računalniki pred pol sto leti!

Elektronska krmilna omarica - fotografija

Seveda, da mikrovezje deluje, ni dovolj samo, da mu napajamo energijo, tako imenovani " komplet za telo”, To so tisti pomožni deli na plošči, skupaj s katerimi lahko mikrovezje opravlja svojo funkcijo.

Chip body kit - risba

Na zgornji sliki je samo mikrovezje označeno z rdečo, vsi ostali deli so njeni " komplet za telo”. Zelo pogosto se mikrovezja med svojim delom segrejejo, lahko so to mikrovezja stabilizatorjev, mikroprocesorjev in drugih naprav. V tem primeru, da mikrovezje ne izgori, ga je treba pritrditi na radiator. Mikrovezja, ki bi se morala med delovanjem segreti, so takoj zasnovana s posebno ploščo hladilnega telesa - površino, ki se običajno nahaja na hrbtni strani mikrovezja, ki naj se tesno prilega radiatorju.

Toda v povezavi bosta celo skrbno polirani radiator in plošča še vedno imela mikroskopske vrzeli, zaradi česar se bo toplota iz mikrovezja manj učinkovito prenašala na radiator. Za zapolnitev teh vrzeli se uporablja toplotno prevodna pasta. Tisti, ki ga namestimo na računalniški procesor, preden nanj pritrdimo radiator. Ena izmed najbolj razširjenih past je CBT-8.

Ojačevalnike na mikrovezjih je mogoče spajkati dobesedno v 1-2 večerih in začnejo delovati takoj, brez potrebe po zapleteni nastavitvi in ​​visoki usposobljenosti uglaševalca. Ločeno želim povedati o mikrovezjih avtomobilskih ojačevalnikov, iz karoserije je včasih dobesedno 4-5 delov. Za sestavljanje takšnega ojačevalnika z določeno natančnostjo niti ne potrebujete tiskanega vezja (čeprav je zaželeno) in vse lahko sestavite s površinsko montažo, kar na zatiči mikrovezja.

Res je, da je po montaži bolje, da tak ojačevalnik takoj postavite v ohišje, ker je takšna zasnova nezanesljiva in v primeru nenamernega kratkega stika žic se lahko mikrovezje zlahka zažge. Zato priporočam vsem začetnikom, naj porabijo malo več časa, pa naredijo tiskano vezje.

Regulirani napajalniki na mikrovezjih - stabilizatorji so še enostavnejši za izdelavo kot podobni na tranzistorjih. Oglejte si, koliko delov zamenja najpreprostejše mikrovezje LM317:

Mikrovezja na tiskanih vezjih v elektronskih napravah je mogoče spajkati neposredno na tirnice ali pa jih posaditi v posebne vtičnice.

Vtičnica za potopni čip - fotografija

Razlika je v tem, da bomo v prvem primeru morali za zamenjavo mikrovezja najprej izhlapeti. In v drugem primeru, ko vstavimo mikrovezje v vtičnico, je dovolj, da mikrovezje izvlečemo iz vtičnice in ga lahko enostavno zamenjamo z drugim. Tipičen primer zamenjave mikroprocesorja v računalniku.

Tudi, na primer, če sestavite napravo na mikrokrmilniku na tiskano vezje, in ni predvidel programiranja v vezju, lahko, če v ploščo spajkate ne samo mikrovezje, temveč vtičnico, v katero je vstavljeno, potem lahko mikrovezje izvlečete in priključite na posebno programsko ploščo.

V takšne plošče so že spajkane vtičnice za različna ohišja mikrokrmilnikov za programiranje.

Analogna in digitalna mikrovezja

Mikrovezja so na voljo v različnih vrstah, lahko so analogna in digitalna. Prvi, kot pove že ime, delujejo z analogno valovno obliko, drugi pa z digitalno valovno obliko. Analogni signal ima lahko več oblik.

Digitalni signal je zaporedje enic in nič, visokih in nizkih signalov. Visoka raven je zagotovljena z uporabo 5 voltov ali napetosti blizu tega na zatič, nizka raven je odsotnost napetosti ali 0 voltov.

Obstajajo tudi mikrovezja ADC (analogno-digitalni pretvornik) in DAC (digitalno-analogni pretvornik), ki pretvarja signal iz analognega v digitalni in obratno. Tipičen primer ADC se uporablja v multimetru za pretvorbo električnih izmerjenih vrednosti in njihovo prikazovanje na zaslonu multimetra. Na spodnji sliki je ADC črna pika, na katero se sledi prilegajo z vseh strani.

Mikrokontrolerji

Relativno nedavno je bila v primerjavi s proizvodnjo tranzistorjev in mikrovezij ustanovljena proizvodnja mikrokrmilnikov. Kaj je mikrokrmilnik?

To je posebno mikrovezje, ki ga je mogoče izdelati v obeh Dip torej notri SMD izvedba, v pomnilnik katere je mogoče zapisati program, ti Hex mapa... To je prevedena datoteka vdelane programske opreme, ki je napisana v posebnem urejevalniku programske kode. Vendar ni dovolj, da napišete vdelano programsko opremo, morate jo prenesti, prenesti v pomnilnik mikrokrmilnika.

Programer - fotografija

V ta namen služi programer... Kot mnogi vedo, jih je veliko različni tipi mikrotrolerji - AVR, PIC in drugi, za različne tipe potrebujemo različne programerje. Obstaja tudi in vsak bo lahko našel in izdelal primernega po znanju in zmožnostih. Če programatorja ne želite izdelati sami, lahko kupite že pripravljenega v spletni trgovini ali naročite s Kitajske.

Zgornja slika prikazuje mikrokrmilnik v SMD paketu. Kakšne so prednosti uporabe mikrokrmilnikov? Če smo prej pri načrtovanju in sestavljanju naprave na diskretnih elementih ali mikrovezjih delovanje naprave nastavljali s pomočjo določene, pogosto kompleksne povezave na tiskanem vezju z uporabo številnih delov. Zdaj je dovolj, da napišemo program za mikrokrmilnik, ki bo programsko delal enako, pogosto hitreje in bolj zanesljivo kot vezje brez uporabe mikrokrmilnikov. Mikrokrmilnik je cel računalnik z V/I vrati, možnostjo povezave zaslona in senzorjev ter nadzora drugih naprav.

Seveda se izboljšanje mikrovezij tam ne bo ustavilo in domnevamo lahko, da bodo po 10 letih resnično obstajala mikrovezja iz besede " mikro"- očesu nevidna, ki bo vsebovala milijarde tranzistorjev in drugih elementov, velikih več atomov - potem bo ustvarjanje najkompleksnejših elektronskih naprav na voljo tudi neizkušenim radioamaterjem! kratek pregled prišel do konca, bil s tabo AKV.

Pogovorite se o članku ČIPSI

V. V. Panyushkin

("KhiZh", 2014, št. 4)

Izdelava drobnih čipov, ki dajejo življenje prenosnemu računalniku, je ena najbolj zapletenih in najsodobnejših. Sestavljen je iz več kot tristo operacij, en proizvodni cikel pa lahko traja tudi več tednov. Kako izgleda ta postopek na poenostavljen način?

Nanesite plast silicija

Prva stvar je, da na površini silikonskega substrata ustvarite dodatno plast s premerom 30 cm. Atomi silicija se gojijo na substratu z epitaksijo: iz plinske faze se postopoma usedajo na površino silicija. Postopek poteka v vakuumu, tukaj ni nič odveč, zato se na površini tvori najtanjša plast najčistejšega silicija z enako kristalno strukturo kot silicijev substrat, le še čistejši. Z drugimi besedami, dobimo nekoliko izboljšan substrat.

Nanesite zaščitni sloj

Zdaj je treba na površini substrata ustvariti zaščitno plast, torej jo preprosto oksidirati, da nastane najtanjši film silicijevega oksida SiO 2.

Njegova funkcija je zelo pomembna: oksidni film bo dodatno preprečil iztekanje električnega toka iz plošče. Mimogrede, v Zadnje čase Namesto tradicionalnega silicijevega dioksida je Intel začel uporabljati visokok-dielektrik na osnovi hafnijevih oksidov in silikatov, ki imajo višjo dielektrično konstanto k kot silicijev oksid. Visokok dielektrična plast je narejena približno dvakrat debelejša od običajne plasti SiO 2 z zoženjem sosednje regije, vendar se zaradi tega s primerljivo zmogljivostjo lahko uhajajoči tok zmanjša za faktor sto. To omogoča nadaljevanje miniaturizacije procesorjev.

Nanesite plast fotorezista

Na zaščitni sloj silicijevega oksida je treba nanesti fotorezist - polimerni material, katerih lastnosti se spreminjajo pod vplivom sevanja. Najpogosteje to vlogo igrajo polimetakrilati, arilsulfoestri in fenl-formaldehidne smole, ki jih uniči ultravijolično sevanje (ta postopek imenujemo fotolitografija). Nanesejo se na vrteči se substrat tako, da ga razpršijo z aerosolom omenjene snovi. Načeloma je mogoče uporabiti tudi elektronski žarek (elektronska litografija) ali mehko rentgensko sevanje (rentgenska litografija) tako, da ju uskladimo z ustreznimi občutljivimi snovmi. Pogledali pa bomo tradicionalni postopek fotolitografije.

Obsevamo z ultravijolično svetlobo

Zdaj je substrat pripravljen za stik z ultravijolično svetlobo, vendar ne neposredno, ampak prek posrednika - fotomaske, ki deluje kot šablona. Pravzaprav je fotomaska ​​risba bodočega mikrovezja, le večkrat povečana. Za projiciranje na površino substrata se uporabljajo posebne leče za zmanjšanje slike. Rezultat tega je osupljiva jasnost in natančnost projekcije.

Ultravijolična svetloba, ki prehaja skozi masko in leče, projicira sliko bodočega vezja na podlago. Na fotomaski so bodoči delovni odseki integriranega mikrovezja prozorni za ultravijolično sevanje, pasivni odseki pa obratno. Na tistih mestih na substratu, kjer se nahajajo aktivni strukturni elementi, sevanje uniči fotorezist. In na pasivnih območjih do uničenja ne pride, ker ultravijolična svetloba ne pride tja: šablona je šablona. Kemijska reakcija dogajanje v plasti pod vplivom ultravijoličnega sevanja je zelo podobno reakciji v filmu, ki se zgodi med fotografiranjem. Uničeni fotorezist se zlahka raztopi, zato produktov razgradnje ni težko odstraniti s substrata. Mimogrede, za ustvarjanje enega procesorja je potrebnih do 30 različnih fotomask, zato se korak ponovi, ko se plasti nanašajo drug na drugega.

Zastrupljamo se

Tako se risba prihodnjega vezja z vsemi elementi do več nanometrov prenese na površino podlage. Območja, kjer se je zaščitna plast porušila, je treba zdaj jedkati. V tem primeru pasivni odseki ne bodo trpeli, saj so zaščiteni s polimerno plastjo fotorezista, ki se v prejšnji fazi ni zrušil. Obsevana območja se jedkajo s kemičnimi reagenti ali fizikalnimi metodami.

V prvem primeru se za uničenje plasti silicijevega dioksida uporabljajo sestavki na osnovi fluorovodikove kisline in amonijevega fluorida. Jedkanje s tekočino je dobra stvar, vendar obstaja težava: tekočina ponavadi pušča pod uporno plastjo v sosednjih pasivnih območjih. Posledično se izkaže, da so podrobnosti jedkanega vzorca večje, kot jih zagotavlja maska. Zato je zaželena suha fizikalna metoda - reaktivno ionsko jedkanje s plazmo. Za vsak suho jedkani material je izbran ustrezen reaktivni plin. Torej, silicij in njegove spojine jedkamo s klorom in plazmo, ki vsebuje fluor (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6). Res je, da ima suho jedkanje tudi slabost – manjšo selektivnost v primerjavi s tekočim jedkanjem. Na srečo za ta primer obstaja univerzalna metoda - jedkanje z ionskimi žarki. Primeren je za kateri koli material ali kombinacijo materialov in ima najvišjo ločljivost od vseh metod jedkanja, saj proizvaja elemente z velikostjo manj kot 10 nm.

Zlitiramo

Zdaj je čas za ionsko implantacijo. Omogoča vnos skoraj katerega koli kemičnega elementa v zahtevani količini na določeno globino v jedkana območja, kjer je bil izpostavljen silicijev substrat. Namen te operacije je spremeniti vrsto prevodnosti in koncentracijo nosilcev v večini polprevodnika, da dobimo želene lastnosti, na primer zahtevano gladkost p-n spoja. Najpogostejši dodatki za silicij so fosfor, arzen (zagotavlja elektronsko prevodnost n-tipa) in bor (prevodnost lukenj tipa p). Ioni implantiranih elementov v obliki plazme se pospešujejo do visoke hitrosti elektromagnetno polje in z njimi bombardirajte substrat. Energetski ioni prodrejo v nezaščitena območja in se potopijo v vzorec do globine od nekaj nanometrov do nekaj mikrometrov.

Po vnosu ionov se plast fotorezista odstrani in nastala struktura se žari pri visoka temperatura obnoviti poškodovano strukturo polprevodnika in ligandni ioni zasedajo mesta kristalne mreže. Na splošno je prva plast tranzistorjev pripravljena.

Izdelava oken

Na nastali tranzistor je potrebno nanesti izolacijski sloj, na katerega so z isto fotolitografsko metodo jedkana tri "okna". Preko njih se bodo v prihodnosti ustvarjali stiki z drugimi tranzistorji.

Nanesite kovino

Zdaj je celotna površina plošče prekrita s plastjo bakra z uporabo vakuumskega nanašanja. Bakrovi ioni potujejo od pozitivne elektrode (anode) do negativne elektrode (katode), ki je substrat, in pristanejo na njej ter zapolnijo okna, ustvarjena z jedkanjem. Nato površino poliramo, da odstranimo presežek bakra. Kovina se uporablja v več fazah za ustvarjanje medsebojnih povezav (lahko si jih predstavljate kot povezovalne žice) med posameznimi tranzistorji.

Postavitev takšnih povezav je določena z arhitekturo mikroprocesorja. Tako se v sodobnih procesorjih vzpostavijo povezave med približno 20 plastmi, ki tvorijo kompleksno tridimenzionalno shemo. Število slojev se lahko razlikuje glede na vrsto procesorja.

Testiranje

Končno je naš disk pripravljen za testiranje. Glavni inšpektor tukaj so glave sonde na avtomatih za sortiranje plošč. Z dotikom plošč merijo električne parametre. Če gre kaj narobe, označijo okvarjene kristale, ki jih nato zavržejo. Mimogrede, kristal v mikroelektroniki se imenuje eno samo integrirano vezje poljubne kompleksnosti, nameščeno na polprevodniški rezini.

Režemo

Nato se plošče razdelijo na monokristale. Na en substrat s premerom 30 cm je nameščenih približno 150 mikrovezij, približno 2x2 cm.

Procesor je pripravljen!

Po tem se priključi kontaktna ploščica, ki zagotavlja komunikacijo med procesorjem in ostalim sistemom, kristalom in pokrovom, ki odvaja toploto iz kristala v hladilnik.

Procesor je pripravljen! Po mojih (verjetno zelo napačnih) ocenah je za izdelavo enega sodobnega procesorja, kot je denimo štirijedrni Intel Core i7, potreben približno mesec dni delovanja ultramoderne tovarne in 150 kWh električne energije. Hkrati se masa silicija in kemikalij, porabljenih na kristal, izračuna največ v gramih, bakra - v frakcijah grama, zlata za kontakte - v miligramih in ligandov, kot so fosfor, arzen, bor - in še manj.

Besednjak

Za tiste, ki tvegate, da se boste zmedli pri substratih, čipih, procesorjih in kristalih, predstavljamo majhen slovarček izrazov.

Substrat - okrogla monokristalna silicijeva rezina s premerom od 10 do 45 cm, na kateri se z epitaksijsko metodo gojijo polprevodniška mikrovezja.

Kristal, čip, integrirano vezje - ni povezan z drugim delom substrata z večplastnim sistemom tranzistorjev, ki rastejo na njem, povezanih z bakrenimi kontakti. Nadalje se uporablja kot glavni del mikroprocesorja.

ligand (dopant) - v primeru polprevodniških materialov snov, katere atomi so vgrajeni v rešetko silicijevega kristala in spreminjajo njegovo prevodnost.

Procesor, mikroprocesor - osrednji računalniški element sodobnih računalnikov. Sestavljen je iz kristala, ki je nameščen na kontaktno ploščico in prekrit s pokrovom za odvajanje toplote.

Fotomaska - prosojna plošča z vzorcem, skozi katerega prehaja svetloba, ko se fotorezist obseva.

Fotorezist - fotoobčutljiv polimerni material, katerega lastnosti, na primer topnost, se spremenijo po izpostavljenosti določeni vrsti sevanja.

Epitaksija - pravilno usmerjena rast enega kristala na površini drugega. V tem primeru se beseda "kristal" uporablja v svojem osnovnem pomenu. Obstaja veliko metod za proizvodnjo urejenih kristalov, ki temeljijo na epitaksalni rasti.

čip

Sodobna integrirana vezja, zasnovana za površinsko montažo.

Sovjetska in tuja digitalna mikrovezja.

Integralno(engl. Integrirano vezje, IC, mikrovezje, mikročip, silicijev čip ali čip), ( mikro)shema (IS, IC, m / sh), čip, mikročip(angl. čip- čip, čip, čip) - mikroelektronska naprava - elektronsko vezje poljubne kompleksnosti, izdelano na polprevodniškem kristalu (ali filmu) in nameščeno v neločljivo ohišje. Pogosto pod integrirano vezje(IS) razumeti dejanski kristal ali film z elektronsko vezje in pod mikrovezje(MS) - JE priložen v kovčku. Hkrati izraz "komponente čipa" pomeni "komponente za površinsko montažo" v nasprotju s komponentami za tradicionalno spajkanje v luknje na plošči. Zato je pravilneje reči "mikrovezje čipa", kar pomeni mikrovezje za površinsko montažo. Trenutno (leto) se večina mikrovezij proizvaja v paketih za površinsko montažo.

Zgodba

Izum mikrovezij se je začel s preučevanjem lastnosti tankih oksidnih filmov, ki se kažejo v učinku slabe električne prevodnosti pri nizkih električnih napetostih. Težava je bila v tem, da na mestu stika obeh kovin ni bilo električnega stika ali pa je imel polarne lastnosti. Poglobljene študije tega pojava so pripeljale do odkritja diod in kasneje tranzistorjev ter integriranih vezij.

Raven oblikovanja

• Fizične - metode implementacije enega tranzistorja (ali majhne skupine) v obliki dopiranih con na kristalu.
• Električni - princip električni tokokrog(tranzistorji, kondenzatorji, upori itd.).
• Logika - logično vezje (logični pretvorniki, elementi ALI-NE, IN-NE itd.).
• Raven inženiringa vezij in sistemov - vezja inženiringa vezij in sistemov (sprožilci, komparatorji, kodirniki, dekoderji, ALU itd.).
• Topološke - topološke fotomaske za proizvodnjo.
• Raven programske opreme (za mikrokrmilnike in mikroprocesorje) - navodila za montažo programatorja.

Trenutno je večina integriranih vezij razvita s pomočjo CAD sistemov, ki vam omogočajo avtomatizacijo in znatno pospešitev postopka pridobivanja topoloških fotomask.

Razvrstitev

Stopnja integracije

Imenovanje

Integrirano mikrovezje ima lahko popolno, pa čeprav zapleteno, funkcionalnost – do celotnega mikroračunalnika (mikroračunalnik z enim čipom).

Analogna vezja

• Generatorji signalov
• Analogni množitelji
• Analogni atenuatorji in spremenljivi ojačevalniki
• Stabilizatorji napajanja
• Krmilne IC za preklapljanje napajalnikov
• Pretvorniki signalov
• Sinhronizacijski tokokrogi
• Različni senzorji (temperatura itd.)

Digitalna vezja

• Logična vrata
• Pretvorniki medpomnilnika
• Pomnilniški moduli
• (Mikro) procesorji (vključno s CPE v računalniku)
• Mikroračunalniki z enim čipom
• FPGA - Programabilna logična integrirana vezja

Digitalna integrirana vezja imajo številne prednosti pred analognimi:

• Zmanjšana poraba energije povezana z uporabo impulznih električnih signalov v digitalni elektroniki. Pri sprejemanju in pretvorbi takih signalov aktivni elementi elektronskih naprav (tranzistorji) delujejo v "ključnem" načinu, to pomeni, da je tranzistor bodisi "odprt" - kar ustreza signalu visoke ravni (1) ali "zaprt". " - (0), v prvem primeru na tranzistorju ni padca napetosti, v drugem - tok ne teče skozi njega. V obeh primerih je poraba energije blizu 0, v nasprotju z analognimi napravami, pri katerih so tranzistorji večino časa v vmesnem (uporovnem) stanju.
• Visoka odpornost proti hrupu digitalnih naprav je povezana z veliko razliko med visoko (na primer 2,5 - 5 V) in nizko (0 - 0,5 V) signalom. Pri takih motnjah je možna napaka, ko je visoka raven zaznana kot nizka in obratno, kar je malo verjetno. Poleg tega lahko digitalne naprave uporabljajo posebne kode za odpravo napak.
• Velika razlika med signali visoke in nizke ravni ter precej širok interval njihovih dovoljenih sprememb naredi digitalno tehnologijo neobčutljiv do neizogibnega razprševanja parametrov elementov v integralni tehnologiji, odpravlja potrebo po izbiri in konfiguraciji digitalnih naprav.

Pojav integriranih vezij je naredil pravo tehnološko revolucijo v industriji elektronike in IT. Zdi se, da so pred nekaj desetletji za najpreprostejše elektronske izračune uporabljali ogromne računalnike s svetilkami, ki so zasedle več prostorov in celo celotne zgradbe.

Ti računalniki so vsebovali na tisoče vakuumskih cevi, ki so za delovanje zahtevale ogromno električne energije in posebne hladilne sisteme. Danes jih nadomeščajo računalniki, ki temeljijo na integriranih vezjih.

V bistvu je integrirano vezje sklop številnih mikroskopskih polprevodniških komponent, nameščenih na substrat in pakiranih v miniaturni paket.

En sam sodoben čip, velik kot človeški noht, bi lahko vseboval več milijonov diod, tranzistorjev, uporov, svinčenih žic in drugih komponent, ki bi v starih časih zahtevale prostor dokaj velikega hangarja za njihovo namestitev.

Primerov ni treba iskati daleč, procesor i7 na primer vsebuje več kot tri milijarde tranzistorjev na površini manj kot 3 kvadratne centimetre! In to ni meja.

Nato si bomo ogledali osnovo procesa ustvarjanja mikrovezij. Mikrovezje je oblikovano s planarno (površinsko) tehnologijo z litografijo. To pomeni, da je tako rekoč vzgojen iz polprevodnika na silicijevi podlagi.

Najprej pripravimo tanko silikonsko rezino, ki jo dobimo iz enega kristala silicija z rezanjem iz valjastega obdelovanca z diamantno prevlečeno ploščo. Plošča je polirana posebne pogoje da se nanj ne umazanija in prah.

Po tem se plošča oksidira - izpostavi se kisiku pri temperaturi približno 1000 ° C, da na njeni površini dobi plast močnega dielektričnega filma silicijevega dioksida z debelino zahtevanega števila mikronov. Debelina tako dobljene oksidne plasti je odvisna od časa izpostavljenosti kisiku, pa tudi od temperature substrata med oksidacijo.

Nato se na plast silicijevega dioksida nanese fotorezist - fotoobčutljiva sestava, ki se po obsevanju raztopi v določenem kemična snov... Na fotorezist je nameščena šablona - fotomaska ​​s prozornimi in neprozornimi območji. Nato je plošča s fotorezistom, nanesena nanjo, izpostavljena - osvetljena z virom ultravijoličnega sevanja.

Zaradi osvetlitve tisti del fotorezista, ki je bil pod prosojnimi območji fotomaske, spremeni svojo Kemijske lastnosti, in ga je zdaj mogoče enostavno odstraniti skupaj s silicijevim dioksidom pod njim s posebnimi kemikalijami, z uporabo plazme ali druge metode - to se imenuje jedkanje. Na koncu jedkanja se območja rezine, ki so nezaščitena s fotorezistom (izpostavljena), odstranijo iz izpostavljenega fotorezista in nato iz silicijevega dioksida.

Po jedkanju in čiščenju tistih mest substrata, na katerih je ostal silicijev dioksid, se iz neosvetljenega fotorezista začne epitaksija - na silicijevo rezino se nanesejo plasti želene snovi z debelino enega atoma. Takšnih slojev je mogoče nanesti čim več. Nato ploščo segrejemo in izvedemo difuzijo ionov določenih snovi, da dobimo p in n-območja. Kot akceptor se uporablja bor, kot donorja pa arzen in fosfor.

Na koncu postopka se izvede metalizacija z aluminijem, nikljem ali zlatom, da dobimo tanke prevodne folije, ki bodo delovale kot povezovalni vodniki za tranzistorje, diode, upore ipd., vzgojene na substratu v prejšnjih fazah. na tiskanem vezju .