Mikrosxemalarni yig'ish. Integral mikrosxemalar qanday yasaladi

Zamonaviy dunyo shu qadar kompyuterlashtirilganki, hayotimizni hayotimiz va faoliyatimizning barcha jabhalarida biz bilan birga keladigan elektron qurilmalarsiz tasavvur etib bo'lmaydi.
Va taraqqiyot to'xtamaydi, lekin doimiy ravishda yaxshilanishda davom etmoqda: qurilmalar qisqaradi va yanada kuchliroq, sig'imli va samaraliroq bo'ladi. Bu jarayon texnologiyaga asoslangan mikrosxemalarni ishlab chiqarish, bu soddalashtirilgan versiyada bir nechta korpussiz diodlar, triodlar, tranzistorlar, rezistorlar va boshqa faollarning ulanishi. elektron komponentlar(ba'zida ularning bitta mikrosxemadagi soni bir necha millionga etadi), bitta sxema bilan birlashtirilgan.

Yarimo'tkazgich kristallari (kremniy, germaniy, gafniy oksidi, galliy arsenid) barcha mikrosxemalarni ishlab chiqarish uchun asosdir. Ularda barcha elementar va elementlararo ulanishlar amalga oshiriladi. Ulardan eng keng tarqalgani kremniydir, chunki u o'zining fizik-kimyoviy xususiyatlariga ko'ra, bu maqsadlar uchun eng mos yarimo'tkazgichdir. Gap shundaki, yarimo'tkazgich materiallari o'tkazgichlar va izolyatorlar o'rtasida joylashgan elektr o'tkazuvchanligi bo'lgan sinfga tegishli. Va ular tarkibidagi boshqa kimyoviy aralashmalarning tarkibiga qarab, ular o'tkazgichlar va dielektriklar sifatida harakat qilishlari mumkin.

Mikrosxemalar yaratiladi yupqa yarimo'tkazgichli gofretda ketma-ket turli qatlamlarni yaratish orqali, ular oldindan sayqallangan va mexanik yoki kimyoviy usullar bilan oyna qoplamasiga keltiriladi. Uning yuzasi atom darajasida mutlaqo silliq bo'lishi kerak.

Mikrosxemalarni ishlab chiqarishning video bosqichlari:

Qatlamlarni shakllantirishda, plastinka yuzasiga qo'llaniladigan naqshlar juda kichik bo'lganligi sababli, keyinchalik naqsh hosil qiladigan material darhol butun yuzaga yotqiziladi, so'ngra fotolitografiya jarayoni yordamida keraksizlari olib tashlanadi.

Fotolitografiya asosiy bosqichlardan biridir chip ishlab chiqarish va fotografiya ishlab chiqarishni biroz eslatadi. Oldin qo'llanilgan materialning yuzasida, shuningdek, yorug'likka sezgir bo'lgan maxsus material (fotorezist) ham tekis qatlamda qo'llaniladi, keyin u quritiladi. Bundan tashqari, maxsus fotomaska ​​orqali kerakli naqsh qatlam yuzasiga proektsiyalanadi. Ultraviyole nurlanish ta'sirida fotorezistning alohida joylari o'z xususiyatlarini o'zgartiradi - u kuchayadi, shuning uchun nurlanmagan joylar keyinchalik olib tashlanadi. Naqsh chizishning bu usuli o'zining aniqligi bilan shunchalik samaraliki, u hali ham uzoq vaqt davomida qo'llaniladi.

Shundan so'ng mikrosxemalardagi tranzistorlar o'rtasida elektr aloqasi jarayoni, tranzistorlarni alohida hujayralarga, hujayralarni esa alohida bloklarga birlashtirish jarayoni sodir bo'ladi. O'zaro bog'lanishlar tayyor mikrosxemalarning bir nechta metall qatlamlarida yaratiladi. Qatlamlarni ishlab chiqarishda asosan mis material sifatida ishlatiladi, oltin esa ayniqsa samarali sxemalar uchun ishlatiladi. Elektr ulanishlarining qatlamlari soni yaratilgan mikrosxemaning kuchi va ishlashiga bog'liq - u qanchalik kuchli bo'lsa, unda bu qatlamlar shunchalik ko'p bo'ladi.

Shunday qilib, qalinligi bir necha mikron bo'lgan elektron mikrosxemaning murakkab uch o'lchovli tuzilishi olinadi. Keyin elektron sxema bir necha o'n mikron qalinlikdagi dielektrik material qatlami bilan qoplangan. Unda faqat kontakt yostiqchalari ochiladi, ular orqali quvvat va elektr signallari keyinchalik mikrosxemaga beriladi. Quyida yuzlab mikron qalinlikdagi chaqmoqtosh plastinka biriktirilgan.

Ishlab chiqarish jarayonining oxirida gofretdagi kristallar individual ravishda sinovdan o'tkaziladi. Keyin har bir chip o'z qutisiga o'raladi, uning yordamida uni boshqa qurilmalarga ulash mumkin bo'ladi. Shubhasiz, qadoqlash turi mikrosxemaning maqsadiga va undan qanday foydalanishga bog'liq. Paketlangan chiplar stress testining asosiy bosqichidan o'tadi: harorat, namlik, elektr ta'siri. Va allaqachon sinov natijalariga ko'ra, ular rad etiladi, saralanadi va spetsifikatsiyalarga muvofiq tasniflanadi.

Mikro-darajali qismlarni ishlab chiqarish jarayonida muhim narsa, masalan, mikrosxemalar, ishlab chiqarish uchun binolarning ideal tozaligi. Shuning uchun ideal tozalikni ta'minlash uchun, birinchi navbatda, to'liq muhrlangan, havoni tozalash uchun mikrofiltrlar bilan jihozlangan maxsus jihozlangan xonalar ishlatiladi, bu xonalarda ishlaydigan xodimlar u erga mikrozarrachalarning kirib kelishiga to'sqinlik qiladigan kombinezonlarga ega. Bundan tashqari, bunday xonalarda ma'lum bir namlik, havo harorati ta'minlanadi, ular tebranishlardan himoyalangan poydevorlarga qurilgan.

Video - mikrosxemalar ishlab chiqariladigan zavodga ekskursiya:

Orqaga

Oldinga -

Sizning biznes g'oyangiz bormi? Bizning veb-saytimizda uning rentabelligini onlayn hisoblashingiz mumkin!

Ushbu maqolada biz mikrosxemalar, qanday turlari bor, ular qanday joylashtirilgan va qaerda ishlatilishi haqida gapiramiz. Umuman olganda, zamonaviy elektron texnologiyada mikrosxemalardan foydalanmaydigan qurilmani topish qiyin. Hatto eng arzon xitoylik o'yinchoqlar ham turli xil planar, qatronlar bilan to'ldirilgan chiplardan foydalanadi, ular nazorat funktsiyasi bilan shug'ullanadi. Bundan tashqari, har yili ular ichkarida tobora murakkablashib bormoqda, ammo ulardan foydalanish osonroq va tashqi tomondan kichikroq bo'ladi. Aytishimiz mumkinki, mikrosxemalarning doimiy evolyutsiyasi mavjud.

Mikrosxema - bu ma'lum bir vazifani bajarishga qodir bo'lgan elektron qurilma yoki uning bir qismi. Agar ko'plab mikrosxemalar hal qiladigan bunday muammoni diskret elementlarda, tranzistorlarda hal qilish talab etilsa, u holda qurilma 1 santimetrdan 5 santimetrgacha bo'lgan kichik to'rtburchaklar o'rniga butun shkafni egallaydi va unchalik ishonchli bo'lmaydi. . Ammo yarim yuz yil oldin kompyuterlar shunday ko'rinishga ega edi!

Elektron boshqaruv kabinasi - fotosurat

Albatta, mikrosxemaning ishlashi uchun unga faqat quvvat berishning o'zi etarli emas, ya'ni " tana to'plami”, Ya'ni, mikrosxema o'z vazifasini bajara oladigan doskadagi yordamchi qismlar.

Chip tanasi to'plami - chizma

Yuqoridagi rasmda mikrosxemaning o'zi qizil rang bilan ta'kidlangan, qolgan barcha qismlar uniki " tana to'plami”. Ko'pincha mikrosxemalar ish paytida qiziydi, bu stabilizatorlar, mikroprotsessorlar va boshqa qurilmalarning mikrosxemalari bo'lishi mumkin. Bunday holda, mikrosxema yonib ketmasligi uchun uni radiatorga ulash kerak. Ish paytida qizib ketishi kerak bo'lgan mikrosxemalar darhol maxsus issiqlik qabul qiluvchi plita bilan ishlab chiqariladi - bu sirt odatda mikrosxemaning teskari tomonida joylashgan bo'lib, u radiatorga mahkam o'rnatilishi kerak.

Ammo ulanishda, hatto ehtiyotkorlik bilan sayqallangan radiator va plastinka hali ham mikroskopik bo'shliqlarga ega bo'ladi, buning natijasida mikrosxemadagi issiqlik radiatorga kamroq samarali o'tadi. Ushbu bo'shliqlarni to'ldirish uchun issiqlik o'tkazuvchi pasta ishlatiladi. Radiatorni ustiga o'rnatishdan oldin biz kompyuter protsessoriga qo'yganimiz. Eng ko'p ishlatiladigan pastalardan biri CBT-8.

Mikrosxemalardagi kuchaytirgichlar 1-2 oqshomda tom ma'noda lehimlanishi mumkin va ular murakkab sozlash va tyunerning yuqori malakasini talab qilmasdan darhol ishlay boshlaydi. Alohida-alohida, men avtomobil kuchaytirgichlarining mikrosxemalari haqida aytmoqchiman, korpus to'plamidan ba'zan tom ma'noda 4-5 qism mavjud. Bunday kuchaytirgichni ma'lum bir aniqlik bilan yig'ish uchun sizga bosilgan elektron plata ham kerak emas (garchi bu maqsadga muvofiq bo'lsa ham) va siz hamma narsani to'g'ridan-to'g'ri mikrosxemaning pinlariga sirtga o'rnatish orqali yig'ishingiz mumkin.

To'g'ri, yig'ilgandan so'ng, bunday kuchaytirgichni darhol korpusga joylashtirish yaxshiroqdir, chunki bunday dizayn ishonchsizdir va simlarning tasodifiy qisqa tutashuvi bo'lsa, mikrosxema osongina yoqilishi mumkin. Shuning uchun, men barcha yangi boshlanuvchilarga tavsiya qilaman, ularga bir oz ko'proq vaqt sarflashlariga ruxsat bering, lekin bosilgan elektron platani qiling.

Mikrosxemalar bo'yicha tartibga solinadigan quvvat manbalari - stabilizatorlarni ishlab chiqarish tranzistorlardagi o'xshashlarga qaraganda osonroq. Eng oddiy LM317 mikrosxema bilan qancha qismlar almashtirilganligini ko'ring:

Elektron qurilmalardagi bosilgan elektron platalardagi mikrosxemalar to'g'ridan-to'g'ri bosma yo'llarga lehimlanishi yoki maxsus rozetkalarga joylashtirilishi mumkin.

Dip chip uchun rozetka - fotosurat

Farqi shundaki, birinchi holda, biz mikrosxemani almashtirishimiz uchun avval uni bug'lashimiz kerak. Va ikkinchi holatda, biz mikrosxemani rozetkaga qo'yganimizda, mikrosxemani rozetkadan olishimiz kifoya qiladi va uni boshqasiga osongina almashtirish mumkin. Kompyuterda mikroprotsessorni almashtirishning odatiy misoli.

Bundan tashqari, masalan, agar siz qurilmani mikrokontrollerda yig'sangiz bosilgan elektron plata, va sxema ichidagi dasturlashni ta'minlamagan bo'lsangiz, agar siz plataga mikrosxemaning o'zini emas, balki u kiritilgan rozetkani lehimlagan bo'lsangiz, u holda mikrosxemani chiqarib, maxsus dasturchi plataga ulash mumkin.

Dasturlash uchun turli xil mikrokontroller korpuslari uchun rozetkalar allaqachon bunday platalarda lehimlangan.

Analog va raqamli mikrosxemalar

Mikrosxemalarning har xil turlari mavjud, ular ham analog, ham raqamli bo'lishi mumkin. Birinchisi, nomidan ko'rinib turibdiki, analog to'lqin shakli bilan ishlaydi, ikkinchisi esa raqamli to'lqin shakli bilan ishlaydi. Analog signal turli shakllarda bo'lishi mumkin.

Raqamli signal - bu birliklar va nollarning, yuqori va past signallarning ketma-ketligi. Yuqori daraja 5 volt yoki unga yaqin kuchlanishni pinga qo'llash orqali ta'minlanadi, past daraja - kuchlanishning yo'qligi yoki 0 volt.

Bundan tashqari, mikrosxemalar mavjud ADC (analog-raqamli konvertor) va DAC (raqamli - analog konvertor) signalni analogdan raqamliga o'zgartiradigan va aksincha. ADC ning odatiy namunasi multimetrda elektr o'lchangan qiymatlarni aylantirish va ularni multimetr ekranida ko'rsatish uchun ishlatiladi. Quyidagi rasmda ADC - bu qora dog' bo'lib, unga izlar har tomondan mos keladi.

Mikrokontrollerlar

Nisbatan yaqinda tranzistorlar va mikrosxemalarni ishlab chiqarish bilan solishtirganda mikrokontrollerlar ishlab chiqarish yo'lga qo'yildi. Mikrokontroller nima?

Bu maxsus mikrosxema bo'lib, uni ikkalasida ham ishlab chiqarish mumkin Dip shunday ichida SMD bajarilish, uning xotirasida dastur yozilishi mumkin, deb ataladigan narsa Hex fayl... Bu maxsus dastur kod muharririda yozilgan kompilyatsiya qilingan proshivka fayli. Ammo mikrodasturni yozishning o'zi etarli emas, siz uni uzatishingiz, mikrokontroller xotirasiga o'tkazishingiz kerak.

Dasturchi - fotosurat

Shu maqsadda xizmat qiladi dasturchi... Ko'pchilik bilganidek, juda ko'p turli xil turlari mikrotrollerlar - AVR, PIC va boshqalar, har xil turlar uchun bizga turli xil dasturchilar kerak. Bundan tashqari, bor va har kim bilimi va qobiliyati bo'yicha mosini topib, qila oladi. Agar siz dasturchini o'zingiz qilishni xohlamasangiz, unda siz onlayn-do'konda tayyor mahsulotni sotib olishingiz yoki Xitoydan buyurtma berishingiz mumkin.

Yuqoridagi rasmda SMD paketidagi mikrokontroller ko'rsatilgan. Mikrokontrollerlardan foydalanishning afzalliklari nimada? Agar ilgari, diskret elementlar yoki mikrosxemalar bo'yicha qurilmani loyihalash va yig'ishda biz qurilmaning ishlashini ko'p qismlardan foydalangan holda bosilgan elektron platada ma'lum, ko'pincha murakkab ulanish orqali o'rnatamiz. Endi bizga mikrokontroller uchun dastur yozish kifoya, u xuddi shunday dasturiy jihatdan, ko'pincha mikrokontrollerlardan foydalanmasdan sxemaga qaraganda tezroq va ishonchliroq qiladi. Mikrokontroller butun kompyuter bo'lib, kirish-chiqarish portlari, displey va sensorlarni ulash, shuningdek, boshqa qurilmalarni boshqarish imkoniyatiga ega.

Albatta, mikrosxemalarni takomillashtirish bu bilan to'xtamaydi va 10 yildan keyin haqiqatan ham "so'zidan mikrosxemalar paydo bo'ladi" deb taxmin qilish mumkin. mikro"- ko'zga ko'rinmas, milliardlab tranzistorlar va boshqa elementlarni, bir nechta atomlarni o'z ichiga oladi - keyin eng murakkab elektron qurilmalarni yaratish hatto tajribasiz radio havaskorlar uchun ham mavjud bo'ladi! qisqa sharh tugadi, siz bilan birga edi AKV.

CHIPS maqolasini muhokama qiling

V. V. Panyushkin

(“XiZh”, 2014 y., 4-son).

Noutbukga hayot baxsh etadigan mayda chiplarni ishlab chiqarish eng murakkab va murakkab ishlardan biridir. U uch yuzdan ortiq operatsiyalardan iborat bo'lib, bitta ishlab chiqarish tsikli bir necha haftagacha davom etishi mumkin. Bu jarayon soddalashtirilgan tarzda qanday ko'rinadi?

Silikon qatlamini qo'llang

Birinchi narsa, diametri 30 sm bo'lgan silikon substrat yuzasida qo'shimcha qatlam yaratishdir. Kremniy atomlari substratda epitaksiya bilan o'stiriladi: ular asta-sekin gaz fazasidan kremniy yuzasiga joylashadilar. Jarayon vakuumda sodir bo'ladi, bu erda ortiqcha narsa yo'q, shuning uchun sirtda kremniy substrat bilan bir xil kristall tuzilishga ega bo'lgan eng nozik kremniy qatlami hosil bo'ladi, faqat undan ham toza. Boshqacha qilib aytganda, biz biroz yaxshilangan substratni olamiz.

Himoya qatlamini qo'llang

Endi substrat yuzasida himoya qatlamini yaratish kerak, ya'ni eng nozik silikon oksidi SiO 2 plyonkasini hosil qilish uchun uni oddiygina oksidlash kerak.

Uning vazifasi juda muhim: oksid plyonkasi elektr tokining plastinkadan oqib chiqishini yanada oldini oladi. Aytgancha, ichida Yaqinda An'anaviy kremniy dioksidi o'rniga, Intel gafniy oksidi va silikatlarga asoslangan yuqori k-dielektrikdan foydalanishni boshladi, ular kremniy oksidiga qaraganda yuqori dielektrik o'tkazuvchanligi k. Yuqori k li dielektrik qatlam an'anaviy SiO 2 qatlamidan taxminan ikki baravar qalinroq bo'ladi qo'shni viloyatlar, ammo shu sababli, taqqoslanadigan quvvatga ega bo'lgan holda, qochqin oqimini yuz barobarga kamaytirish mumkin. Bu protsessorlarning miniatyurasini davom ettirish imkonini beradi.

Fotorezist qatlamini qo'llang

Kremniy oksidining himoya qatlamiga fotorezist qo'llanilishi kerak - polimer material, uning xususiyatlari radiatsiya ta'sirida o'zgaradi. Ko'pincha bu rolni ultrabinafsha nurlanishi bilan yo'q qilingan polimetakrilatlar, arilsulfoesterlar va fenl-formaldegid qatronlari o'ynaydi (bu jarayon fotolitografiya deb ataladi). Ular aylanuvchi substratga aytilgan moddaning aerozolini püskürterek qo'llaniladi. Printsipial jihatdan elektron nurni (elektron nurli litografiya) yoki yumshoq rentgen nurlanishini (rentgen litografiyasi) tegishli sezgir moddalar bilan moslashtirish orqali ham foydalanish mumkin. Ammo biz an'anaviy fotolitografiya jarayonini ko'rib chiqamiz.

Biz ultrabinafsha nurlar bilan nurlantiramiz

Endi substrat ultrabinafsha nurlar bilan aloqa qilish uchun tayyor, lekin to'g'ridan-to'g'ri emas, balki vositachi - stencil vazifasini bajaradigan fotomaska ​​orqali. Darhaqiqat, fotomaska ​​- bu faqat bir necha marta kattalashtirilgan kelajakdagi mikrosxemaning chizilgan rasmidir. Uni substrat yuzasiga loyihalash uchun tasvirni kamaytirish uchun maxsus linzalar qo'llaniladi. Bu hayratlanarli proyeksiya ravshanligi va aniqligiga olib keladi.

Niqob va linzalar orqali o'tadigan ultrabinafsha nurlar kelajakdagi sxemaning tasvirini substratga aks ettiradi. Fotomaskada integral mikrosxemaning kelajakdagi ishchi qismlari ultrabinafsha nurlanish uchun shaffof, passiv bo'limlar esa aksincha. Substratdagi faol strukturaviy elementlar joylashishi kerak bo'lgan joylarda radiatsiya fotorezistni yo'q qiladi. Va passiv joylarda halokat sodir bo'lmaydi, chunki ultrabinafsha nurlar u erga tushmaydi: stencil - bu stencil. Kimyoviy reaksiya ultrabinafsha nurlanish ta'sirida qatlamda sodir bo'ladigan narsa suratga olish paytida yuzaga keladigan filmdagi reaktsiyaga juda o'xshaydi. Vayron qilingan fotorezist osongina eriydi, shuning uchun substratdan parchalanish mahsulotlarini olib tashlash qiyin emas. Aytgancha, bitta protsessorni yaratish uchun 30 tagacha turli xil foto maskalari kerak bo'ladi, shuning uchun qatlamlar bir-biriga qo'llanilishi bilan bosqich takrorlanadi.

Biz zaharlaymiz

Shunday qilib, o'lchamlari bir necha nanometrgacha bo'lgan barcha elementlarga ega bo'lgan kelajakdagi sxemaning chizmasi substrat yuzasiga o'tkaziladi. Himoya qatlami qulab tushgan joylar endi o'yib tashlanishi kerak. Bunday holda, passiv qismlar zarar ko'rmaydi, chunki ular oldingi bosqichda yiqilmagan fotorezistning polimer qatlami bilan himoyalangan. Nurlangan joylar kimyoviy reagentlar yoki fizik usullar bilan ishlanadi.

Birinchi holda, silikon dioksid qatlamini yo'q qilish uchun gidroflorik kislota va ammoniy ftoridga asoslangan kompozitsiyalar qo'llaniladi. Suyuqlik bilan ishlov berish yaxshi narsa, ammo muammo bor: suyuqlik qo'shni passiv joylarda qarshilik qatlami ostida oqishga moyil. Natijada, chizilgan naqshning tafsilotlari niqob tomonidan taqdim etilganidan kattaroq bo'lib chiqadi. Shuning uchun quruq fizik usul afzalroqdir - plazma yordamida reaktiv ion bilan ishlov berish. Har bir quruq material uchun mos reaktiv gaz tanlanadi. Shunday qilib, kremniy va uning birikmalari xlor va ftor o'z ichiga olgan plazma (CCl 4 + Cl 2 + Ar, ClF 3 + Cl 2, CHF 3, CF 4 + H 2, C 2 F 6) bilan ishlanadi. To'g'ri, quruq qirqishning ham kamchiliklari bor - suyuqlik bilan ishlov berish bilan solishtirganda past selektivlik. Yaxshiyamki, bu ish uchun universal usul mavjud - ion nurlari bilan ishlov berish. U har qanday material yoki materiallarning kombinatsiyasi uchun javob beradi va har qanday o'rnatish usulining eng yuqori ruxsatiga ega, o'lchamlari 10 nm dan kam bo'lgan elementlarni ishlab chiqaradi.

Biz qotishtiramiz

Endi ion implantatsiyasi vaqti. Bu kremniy substrati ta'sirlangan o'yilgan joylarga ma'lum bir chuqurlikda kerakli miqdorda deyarli har qanday kimyoviy elementni kiritish imkonini beradi. Ushbu operatsiyaning maqsadi - kerakli xususiyatlarni olish uchun yarimo'tkazgichning asosiy qismidagi o'tkazuvchanlik turini va tashuvchilarning kontsentratsiyasini o'zgartirish, masalan, p-n o'tishning kerakli silliqligi. Kremniy uchun eng keng tarqalgan dopantlar fosfor, mishyak (n-tipli elektron o'tkazuvchanligini ta'minlaydi) va bor (p-tipli teshik o'tkazuvchanligi). Plazma shaklida implantatsiya qilingan elementlarning ionlari tezlashadi yuqori tezliklar elektromagnit maydon va ular bilan substratni bombardimon qiling. Energetik ionlar himoyalanmagan joylarga kirib, namunaga bir necha nanometrdan bir necha mikrometrgacha bo'lgan chuqurlikka cho'kadi.

Ionlarni kiritgandan so'ng, fotorezist qatlami olib tashlanadi va hosil bo'lgan struktura tavlanadi. yuqori harorat yarimo'tkazgichning shikastlangan tuzilishini tiklash va ligand ionlari kristall panjaraning joylarini egallaydi. Umuman olganda, tranzistorlarning birinchi qatlami tayyor.

Deraza yasash

Olingan tranzistorning ustiga bir xil fotolitografiya usuli bilan uchta "derazalar" o'yilgan izolyatsion qatlamni qo'llash kerak. Ular orqali kelajakda boshqa tranzistorlar bilan aloqalar yaratiladi.

Metallni qo'llang

Endi plastinkaning butun yuzasi vakuumli cho'kma yordamida mis qatlami bilan qoplangan. Mis ionlari musbat elektroddan (anod) substrat bo'lgan manfiy elektrodga (katod) o'tadi va uning ustiga qo'nib, qirqish natijasida hosil bo'lgan oynalarni to'ldiradi. Keyin ortiqcha misni olib tashlash uchun sirt jilolanadi. Metall alohida tranzistorlar o'rtasida o'zaro bog'lanishlarni (ularni ulash simlari deb hisoblashingiz mumkin) yaratish uchun bir necha bosqichda qo'llaniladi.

Bunday o'zaro bog'lanishlarning tartibi mikroprotsessorning arxitekturasi bilan belgilanadi. Shunday qilib, zamonaviy protsessorlarda murakkab uch o'lchovli sxemani tashkil etuvchi 20 ga yaqin qatlamlar o'rtasida aloqalar o'rnatiladi. Qatlamlar soni protsessor turiga qarab farq qilishi mumkin.

Sinov

Nihoyat, diskimiz sinovga tayyor. Bu erda asosiy inspektor - avtomatik plastinka saralash zavodlarida zond boshlari. Plitalarga tegib, ular elektr parametrlarini o'lchaydilar. Agar biror narsa noto'g'ri bo'lsa, ular buzuq kristallarni belgilaydilar, keyin esa tashlanadi. Aytgancha, mikroelektronikada kristall yarimo'tkazgichli gofretga joylashtirilgan ixtiyoriy murakkablikdagi yagona integral sxema deb ataladi.

Biz kesib oldik

Keyin plitalar monokristallarga bo'linadi. Diametri 30 sm bo'lgan bitta substratda taxminan 2x2 sm o'lchamdagi 150 ga yaqin mikrosxemalar joylashtirilgan.

Protsessor tayyor!

Shundan so'ng, protsessor va tizimning qolgan qismi, kristall va qopqoq o'rtasidagi aloqani ta'minlaydigan kontakt paneli ulanadi, bu esa kristalldan sovutgichga issiqlikni olib tashlaydi.

Protsessor tayyor! Mening (ehtimol, juda noto'g'ri) hisob-kitoblarga ko'ra, bitta zamonaviy protsessorni, masalan, to'rt yadroli Intel Core i7 ishlab chiqarish uchun ultra zamonaviy zavodning taxminan bir oy ishlashi va 150 kVt soat elektr energiyasi talab qilinadi. Shu bilan birga, har bir kristal uchun iste'mol qilinadigan kremniy va kimyoviy moddalarning massasi ko'pi bilan grammda, mis - grammning fraktsiyalarida, kontaktlar uchun oltin - milligrammda va fosfor, mishyak, bor kabi ligandlar va undan ham kamroq hisoblanadi.

Lug'at

Substratlarda, chiplarda, protsessorlarda va kristallarda chalkashib ketish xavfi borlar uchun biz atamalarning kichik lug'atini taqdim etamiz.

Substrat - diametri 10 dan 45 sm gacha bo'lgan dumaloq monokristalli kremniy gofret, ularda epitaksiya usulida yarimo'tkazgich mikrosxemalari o'stiriladi.

Kristall, chip, integral sxema - mis kontaktlari bilan bog'langan, unda o'stirilgan tranzistorlarning ko'p qatlamli tizimi bilan substratning boshqa qismi bilan bog'lanmagan. Keyinchalik u mikroprotsessorning asosiy qismi sifatida ishlatiladi.

Ligand (dopant) - yarim o'tkazgichlar uchun, atomlari kremniy kristalining panjarasiga o'rnatilgan, uning o'tkazuvchanligini o'zgartiradigan modda.

Protsessor, mikroprotsessor - zamonaviy kompyuterlarning markaziy hisoblash elementi. Kontakt maydonchasiga joylashtirilgan va issiqlikni tarqatuvchi qopqoq bilan qoplangan kristalldan iborat.

Fotomaska - fotorezistni nurlantirganda yorug'lik o'tadigan naqshli shaffof plastinka.

Fotorezist - polimer fotosensitiv material, uning xususiyatlari, masalan, eruvchanligi, ma'lum turdagi nurlanish ta'siridan keyin o'zgaradi.

Epitaksiya - bir kristalning boshqasining yuzasida muntazam yo'naltirilgan o'sishi. Bunday holda, "kristal" so'zi o'zining asosiy ma'nosida ishlatiladi. Epitaksial o'sishga asoslangan tartibli kristallarni ishlab chiqarishning ko'plab usullari mavjud.

Chip

Sirtga o'rnatish uchun mo'ljallangan zamonaviy integral sxemalar.

Sovet va xorijiy raqamli mikrosxemalar.

Integral(ingliz. Integratsiyalashgan sxema, IC, mikrosxema, mikrochip, silikon chip yoki chip), ( mikro)sxema (IS, IC, m / sh), chip, mikrochip(ing. chip- chip, chip, chip) - mikroelektron qurilma - yarimo'tkazgichli kristall (yoki plyonka) ustida yasalgan va ajralmaydigan korpusga joylashtirilgan ixtiyoriy murakkablikdagi elektron sxema. Ko'pincha ostida integral sxema(IS) bilan haqiqiy kristall yoki filmni tushunish elektron sxema va ostida mikrosxema(MS) - IS korpusga kiritilgan. Shu bilan birga, "chip komponentlari" iborasi taxtadagi teshiklarga an'anaviy lehimlash uchun komponentlardan farqli o'laroq, "sirtga o'rnatish komponentlari" degan ma'noni anglatadi. Shuning uchun, "chip mikrosxema" deyish to'g'riroq, bu sirtni o'rnatish uchun mikrosxemani anglatadi. Hozirgi vaqtda (yilda) ko'pgina mikrosxemalar sirtga o'rnatish uchun paketlarda ishlab chiqariladi.

Hikoya

Mikrosxemalar ixtirosi past elektr kuchlanishlarda zaif elektr o'tkazuvchanligi ta'sirida namoyon bo'lgan nozik oksidli plyonkalarning xususiyatlarini o'rganish bilan boshlandi. Muammo shundaki, ikkita metalning aloqa nuqtasida elektr aloqasi yo'q edi yoki u qutbli xususiyatlarga ega edi. Ushbu hodisani chuqur o'rganish diodlar va keyinchalik tranzistorlar va integral mikrosxemalar kashf qilinishiga olib keldi.

Dizayn darajalari

• Jismoniy - bitta tranzistorni (yoki kichik guruhni) kristall ustidagi doplangan zonalar shaklida amalga oshirish usullari.
• Elektr - printsip elektr zanjiri(tranzistorlar, kondansatörler, rezistorlar va boshqalar).
• Mantiq - mantiqiy sxema (mantiqiy invertorlar, elementlar OR-EMAS, VA-EMAS va boshqalar).
• Sxema va tizim muhandisligi darajasi - sxema va tizim muhandislik sxemalari (triggerlar, komparatorlar, kodlovchilar, dekoderlar, ALU va boshqalar).
• Topologik - ishlab chiqarish uchun topologik fotomaskalar.
• Dasturiy ta'minot darajasi (mikrokontrollerlar va mikroprotsessorlar uchun) - dasturchi uchun montaj ko'rsatmalari.

Hozirgi vaqtda integral mikrosxemalarning aksariyati SAPR tizimlari yordamida ishlab chiqilgan bo'lib, ular topologik fotomaskalarni olish jarayonini avtomatlashtirish va sezilarli darajada tezlashtirish imkonini beradi.

Tasniflash

Integratsiya darajasi

Uchrashuv

Integratsiyalashgan mikrosxema to'liq, ammo murakkab bo'lgan funksionallikka ega bo'lishi mumkin - butun mikrokompyutergacha (bir chipli mikrokompyuter).

Analog sxemalar

• Signal generatorlari
• Analog ko'paytirgichlar
• Analog attenuatorlar va o'zgaruvchan kuchaytirgichlar
• Elektr ta'minoti stabilizatorlari
• Quvvat manbalarini almashtirish uchun ICni boshqarish
• Signal konvertorlari
• Sinxronizatsiya sxemalari
• Har xil sensorlar (harorat va boshqalar)

Raqamli sxemalar

• Mantiqiy eshiklar
• Bufer konvertorlari
• Xotira modullari
• (Mikro) protsessorlar (shu jumladan kompyuterdagi protsessor)
• Bir chipli mikrokompyuterlar
• FPGA - dasturlashtiriladigan mantiqiy integral sxemalar

Raqamli integral mikrosxemalar analoglardan bir qator afzalliklarga ega:

• Kamaytirilgan quvvat sarfi raqamli elektronikada impulsli elektr signallaridan foydalanish bilan bog'liq. Bunday signallarni qabul qilish va konvertatsiya qilishda elektron qurilmalarning (tranzistorlarning) faol elementlari "kalit" rejimida ishlaydi, ya'ni tranzistor yoki "ochiq" - bu yuqori darajadagi signalga (1) mos keladi yoki "yopiq" " - (0), birinchi holatda tranzistorda kuchlanish pasaymaydi, ikkinchisida - u orqali oqim o'tmaydi. Ikkala holatda ham, tranzistorlar ko'pincha oraliq (rezistor) holatda bo'lgan analog qurilmalardan farqli o'laroq, quvvat iste'moli 0 ga yaqin.
• Yuqori shovqin immuniteti raqamli qurilmalar yuqori (masalan, 2,5 - 5 V) va past (0 - 0,5 V) darajadagi signallar o'rtasidagi katta farq bilan bog'liq. Yuqori daraja past deb qabul qilinganda va aksincha, bunday aralashuv bilan xato bo'lishi mumkin, bu dargumon. Bundan tashqari, raqamli qurilmalar xatolarni tuzatish uchun maxsus kodlardan foydalanishi mumkin.
• Yuqori va past darajadagi signallar o'rtasidagi katta farq va ularning ruxsat etilgan o'zgarishlarining etarlicha keng oralig'i raqamli texnologiyani yaratadi befarq integral texnologiyada elementlarning parametrlarining muqarrar tarqalishiga, raqamli qurilmalarni tanlash va sozlash zaruratini yo'q qiladi.

Integral mikrosxemalarning paydo bo'lishi elektronika va IT sanoatida haqiqiy texnologik inqilobni amalga oshirdi. Ko'rinishidan, bir necha o'n yillar oldin, eng oddiy elektron hisob-kitoblar uchun bir nechta xonalarni va hatto butun binolarni egallagan ulkan chiroqli kompyuterlar ishlatilgan.

Ushbu kompyuterlar minglab vakuumli quvurlarni o'z ichiga olgan bo'lib, ular ishlashi uchun ulkan elektr quvvati va maxsus sovutish tizimlari kerak edi. Bugungi kunda ular integral mikrosxemalar asosidagi kompyuterlar bilan almashtirildi.

Aslini olganda, integral mikrosxemalar substratga joylashtirilgan va miniatyura paketiga qadoqlangan ko'plab mikroskopik yarimo'tkazgich komponentlarini yig'ishdir.

Yagona zamonaviy chip, o‘lchami odamning tirnog‘idek, bir necha million diodlar, tranzistorlar, rezistorlar, qo‘rg‘oshin simlari va boshqa komponentlarni o‘z ichiga olishi mumkin edi, bu esa eski kunlarda ularni joylashtirish uchun juda katta angar maydonini talab qiladigan bo‘lardi.

Misollar uchun uzoqdan izlashning hojati yo'q, masalan, i7 protsessorida 3 kvadrat santimetrdan kam maydonda uch milliarddan ortiq tranzistorlar mavjud! Va bu chegara emas.

Keyinchalik, biz mikrosxemalarni yaratish jarayonining asosini ko'rib chiqamiz. Mikrosxema litografiya yordamida planar (sirt) texnologiya bilan tuzilgan. Bu shuni anglatadiki, u xuddi kremniy substratda yarimo'tkazgichdan o'stirilgan.

Avvalo, yupqa kremniy gofret tayyorlanadi, u silindrsimon ishlov beriladigan qismdan olmos bilan qoplangan disk yordamida kesish yo'li bilan kremniyning bir kristalidan olinadi. Plita silliqlangan maxsus shartlar ustiga axloqsizlik va chang tushmasligi uchun.

Shundan so'ng, plastinka oksidlanadi - uning yuzasida kerakli miqdordagi mikron qalinligi bo'lgan silikon dioksidning kuchli dielektrik plyonkasi qatlamini olish uchun u taxminan 1000 ° C haroratda kislorodga ta'sir qiladi. Shu tarzda olingan oksid qatlamining qalinligi kislorodga ta'sir qilish vaqtiga, shuningdek oksidlanish paytida substratning haroratiga bog'liq.

Keyinchalik, kremniy dioksid qatlamiga fotorezist qo'llaniladi - nurlanishdan so'ng ma'lum darajada eriydi. kimyoviy modda... Fotorezistga trafaret qo'yiladi - shaffof va shaffof bo'lmagan joylarga ega fotomaska. Keyin unga qo'llaniladigan fotorezistli plastinka ochiladi - ultrabinafsha nurlanish manbai bilan yoritiladi.

Ta'sir qilish natijasida fotomaskaning shaffof joylari ostida joylashgan fotorezistning bir qismi o'zini o'zgartiradi. Kimyoviy xossalari, va endi kremniy dioksidi bilan birga maxsus kimyoviy moddalar yordamida plazma yoki boshqa usul yordamida osongina olib tashlanishi mumkin - bu o'yma deyiladi. Oshlama oxirida gofretning fotorezist bilan himoyalanmagan joylari (ta'sir qilingan) ochiq fotorezistdan, so'ngra silikon dioksiddan chiqariladi.

Yoritilmagan fotorezistdan kremniy dioksidi qolgan substratning joylarini tozalash va tozalashdan so'ng epitaksiya boshlanadi - kremniy gofretiga bir atom qalinligi bo'lgan kerakli moddaning qatlamlari qo'llaniladi. Qancha ko'p bunday qatlamlar qo'llanilishi mumkin. Keyinchalik, p va n-hududlarni olish uchun plastinka qizdiriladi va ma'lum moddalar ionlarining tarqalishi amalga oshiriladi. Akseptor sifatida bor, donor sifatida mishyak va fosfor ishlatiladi.

Jarayon oxirida, oldingi bosqichlarda substratda o'stirilgan tranzistorlar, diodlar, rezistorlar va boshqalar uchun birlashtiruvchi o'tkazgichlar vazifasini bajaradigan nozik Supero'tkazuvchilar plyonkalarni olish uchun alyuminiy, nikel yoki oltin bilan metallizatsiya amalga oshiriladi bosilgan elektron platada. .