Файл: Конспект.pdf

Схемні позначення різновидів оптронів:

а) діодний; б) резисторний; в) транзисторний; г) тиристорний

ОПТРОНИ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

•Швидкий розвиток оптоелектроніки зробив можливим у багатьох випадках замінити елементи електронних схем оптронами. Деякі приклади такої заміни наведені у табл.

Імпульсний трансформатор

Перемикач

Змінний резистор

Потенціометр

Змінний конденсатор

ОСНОВИ МІКРОЕЛЕКТРОНІКИ

•Мікроелектроніка – це галузь електроніки, пов'язана з розробленням, виготовленням і експлуатацією мікроелектронних виробів.

•Розвиток електронної техніки у другій половині ХХ століття відбувається за такими етапами.

•1. 50-ті роки ХХ ст. – етап вакуумної електроніки. Елементна база останньої – елекронно-вакуумні прилади. Відбувається мініатюризація електронних ламп і пасивних елементів, оптимізація їх характеристик і параметрів, застосовується об'ємний монтаж. Це дозволило підвищити щільність упакування до 200 елементів на 1 дм³ (0,2 елемента на 1 см³).

•2. 60-ті роки ХХ ст. – етап дискретної напівпровідникової електроніки.

Здобутки цього етапу відображені, зокрема, в попередніх розділах цього навчального посібника. Поява і широке впровадження транзисторів, які разом з мініатюрними пасивними елементами утворюють якісний стрибок у мініатюризації пристроїв електроніки, сприяють підвищенню надійності, економічності, зниженню габаритів і маси. Актуалізуються функціонально-вузловий метод конструювання електронної техніки: не з окремих радіодеталей, а з уніфікованих функціональних вузлів – підсилювачів, генераторів, перетворювачів, тригерів тощо. Застосовуються модулі (мікромодулі) із щільністю упакування 2 елементи на

1 см³.

•3. 70-ті роки ХХ ст. – етап мікроелектроніки. Перехід до застосування інтегральних схем (ІС). «Схема» в цьому терміні набуває нового значення: це пристрій, вузол. «Інтегральна» вказує на об'єднання великої кількості електрично з'єднаних елементів у одному виробі (корпусі). В ІС зникає необхідність застосування численних паяних з'єднань, які знижують надійність; зменшуються габарити і маса, а відтак вартість електронних виробів, оскільки зменшується кількість складальних і монтажних операцій. ІС на цьому етапі містять у собі 10-40 еквівалентних елементів (біполярних транзисторів, резисторів, конденсаторів, МДН-структур тощо). Кожна інтегральна схема виконує порівняно просту закінчену функцію (підсилювач, формувач, логічний елемент, тригер, лічильник тощо) і оформляється в автономному корпусі. Подальший розвиток мікромініатюризації до 1000 елементів на кристалі.

•4. 80-ті роки ХХ ст. – етап комплексної мікромініатюризації електронної техніки,

етап великих інтегральних схем (ВІС) і надвеликих інтегральних схем (НВІС).

ВІС порівняно з ІС малого рівня інтеграції більш надійні, дешевші, менші за габаритами. Поява мікропроцесорів дозволила замінити апаратурне (схемне) проектування електронної техніки програмуванням універсальних структур згідно з виконуваною ними функцією.

•5. 90-ті роки ХХ ст. – оголошений етап так званої функціональної мікроелектроніки. Втім, на пострадянському просторі внаслідок великих політико-економічних зрушень цей етап був значною мірою провалений, хоча світова електроніка продовжувала неухильно розвиватися. Елементна база цього етапу – ІС, які функціонують на базі нових фізичних явищ і принципів

(оптоелектроніка, акустоелектроніка, хемоелектроніка, магнітоелектроніка,

поляроніка тощо). Особливістю елементів функціональної мікроелектроніки є застосування середовищ з розподіленими параметрами, в яких не вдається виділити окремі області, що виконують функції звичайних радіоелементів. Тому зрештою це електронні схеми, які не містять елементів і міжз’єднань у звичайному розумінні. Такі схеми можна характеризувати лише в цілому з огляду на функцію, що ними виконуються, причому вони можуть мати такі характеристики, яких не мають звичайні радіосхеми.

•Мікроелектронний виріб – електронний пристрій з високим ступенем інтеграції (об'єднання) електрорадіоелементів.

•Інтегральна схема (ІС) – мікроелектронний виріб, який виконує певну функцію перетворення та обробки сигналів і має високу щільність упакування електрично з'єднаних елементів (більше ніж 5 елементів на 1 см³). З точки зору виготовлення і експлуатації ІС розглядається як єдине ціле і складається з елементів та компонентів.

•Елемент ІС – частина ІС, що реалізує функцію будь-якого радіоелемента (транзистор, діод, резистор, конденсатор). Він не може бути відділеним від ІС як самостійний виріб і виконаний у кристалі ІС. Наприклад, елементами ІС є біполярні транзистори і діоди у напівпровідникових мікросхемах, плівкові резистори в гібридних мікросхемах.

•Компонент ІС – частина ІС, яка реалізує функцію будь-якого електрорадіоелемента. Однак компонент є самостійним виробом, що виготовляється окремо від ІС і може бути відділений від ІС. Наприклад, біполярні транзистори і діоди в гібридних ІС.

•Напівпровідникова ІС – це ІС, у якої всі елементи і міжз’єднання виконані в об'ємі і на поверхні напівпровідникової пластини (рис. ).

Структура напівпровідникової ІС

•Плівкова ІС - це ІС, у якої всі елементи і міжз’єднання виконані у вигляді різних плівок, нанесених на поверхню діелектричної підкладки.

•Гібридна ІС являє собою комбінацію плівкових пасивних елементів і активних компонентів, розміщених на спільній діелектричній підкладці (рис. ).

•Суміщена ІС − це мікросхема, в якій активні елементи розміщені в об'ємі напівпровідникового кристала, а пасивні, виготовлені за плівковою технологією, наносяться на попередньо ізольовану діелектриком поверхню напівпровідникового кристала (рис. ).

Структура ГІС

ЕЛЕМЕНТИ КОНСТРУКЦІЇ ІС

•Корпус ІС – призначений для захисту ІС від зовнішніх впливів і для з'єднання із зовнішніми електричними колами за допомогою виводів. Разом із корпусними випускаються і безкорпусні ІС.

•Підкладка ІС – заготовка, призначена для виготовлення на ній елементів гібридних ІС, міжз’єднань і контактних площадок.

•Напівпровідникова пластина − заготовка з напівпровідникового матеріалу, яка застосовується для виготовлення напівпровідникових інтегральних схем (рис. поз.

1).

•Кристал ІС, чіп – частина напівпровідникової пластини (прямокутник 5х5 мм), у об'ємі і на поверхні якої сформовані елементи ІС, міжз’єднання і контактні майданчики (рис. поз. 2).

•Контактні майданчики – металізовані ділянки на підкладці або кристалі, призначені для приєднання до виводів корпуса ІС, а також для контролю її електричних параметрів і режимів (рис. поз. 3).

•Мікроскладання – мікроелектронний виріб, який виконує певну функцію і складається з елементів, компонентів і інтегральних схем (корпусних і безкорпусних) з метою мікромініатюризації електронної техніки.

•Мікроблок – мікроелектронний виріб, який, окрім мікроскладань, містить ще інтегральні схеми і компоненти.

•Серія ІС – це сукупність ІС, які можуть виконувати різноманітні функції, але мають єдине конструктивно-технологічне використання і призначені для спільного застосування (напр., серія 133, серія 155, серія 140)

Напівпровідникова пластина, чіп, контактний майданчик

КЛАСИФІКАЦІЯ IC

• 1. За технологією виготовлення ІС поділяють на:

напівпровідникові; плівкові; гібридні.

•2. За функціональними призначеннями:

аналогові (АІС); цифрові (ЦІС).

•3. За ступенем інтеграції, який оцінюється показником k = lgNe,

де Ne – число елементів і компонентів у складі ІС:

малої інтеграції:

Ne ≤ 10, k = 1,

10 < Ne ≤ 100, k = 2;

середньої інтеграції:

100 < Ne ≤ 1000, k = 3;

великі інтегральні схеми (ВІС):

1000 < Ne ≤ 10000, k = 4;

надвеликі інтегральні схеми (НВІС):

10000 < Ne ≤ 100000, k = 5.

•4. За функціональними можливостями:

універсальні; спеціалізовані.

•5. За типом основного активного елемента:

ІС на біполярних транзисторах; ІС на уніполярних транзисторах (МДН, КМДН).

•6. За конструктивним виконанням:

корпусні; без корпусні.

СИСТЕМА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ІС

•Упроваджена на підставі ГОСТ 17021-75

•1-й елемент: 1, 5, 6, 7 – напівпровідникові ІС;

•2, 4, 8 - гібридні ІС;

•3 - інші (плівкові, вакуумні).

•2-й елемент

Означає порядковий номер розробки (точніше, даної серії). Може містити 2-3 цифри.

•3-й елемент: ЛА – логічний елемент І – НЕ; ЕН – стабілізатор напруги; ТВ – JК тригер; ТМ – D-тригер; ТМ − D-тригер; ТР – RS-тригер; ІP – регістр; ІE – лічильник; СА – компаратор; ПВ – АЦП; ПА – ЦАП; УВ – підсилювач ВЧ; УР – підсилювач проміжної частоти; УН – підсилювач НЧ; УВ – відеопідсилювач; УЕ – емітерний повторювач; ФВ – фільтр ВЧ; ФН – фільтр НЧ; ГС – генератор синусоїдних сигналів.

Номер серії

1 40 УД 7

Порядковий номер розробки даної ІС в серії (за функціональною ознакою)

Функціональне призначення ІС (У – підсилювач, Д - операційний)

Порядковий номер розробки даної серії

Конструктивно-технологічне виконання ІС

ГІБРИДНІ IC

•Основою мікроелектроніки є метод інтеграції (об'єднання) елементів. При цьому сукупність елементів ІС і міжз'єднань виготовляється в єдиному технологічному процесі – одержують закінчений функціональний вузол. Автономно або разом із додатковими елементами цей вузол власне утворює інтегральну схему.

•Застосовуються дві основні технології виготовлення ІС – гібридна і

напівпровідникова.

До технології виготовлення ІС ставлять 2 суперечливі вимоги:

1 Підвищений ступінь інтеграції (щільності упакування).

2 Необхідно мати універсальні ІС.

•Втім, збільшення ступеня інтеграції ІС обмежує сферу її застосування, тобто призводить до зниження універсальності схеми.

•Наявність двох технологій – гібридної і напівпровідникової – дещо розв'язує цю суперечність. Максимальну щільність упакування дає напівпровідникова технологія, проте вона є складною, і властивості елементів, виготовлених за нею, не завжди задовольняють вимогам ТУ (наприклад, розкид параметрів і т. ін.) Гібридна технологія є більш економною і пристосованою до спеціальних прецизійних пристроїв, дозволяє одержати ІС із кращими властивостями, хоча при цьому з низьким ступенем інтеграції.

•Варто пам'ятати, що, крім напівпровідникових і гібридних ІС, існують ще й

плівкові ІС.

•Плівкова ІС – це така, у якої елементи і міжз'єднання виготовляються з плівок необхідної форми з різними електрофізичними властивостями і розміщуються на поверхні діелектричної підкладки або діелектричної плівки. Однак плівкова технологія не дозволяє виготовляти активні елементи із задовільними параметрами. Відтак чисто плівкові ІС – це пасивні схеми (переважно резистивні розподільники напруги, набір резисторів і конденсаторів, резистивно-ємнісні схеми). Тому всі переваги плівкової технології застосовуються у високопрецизійних гібридних ІС.