Файл: Рыбинский, О. А. Пассивные элементы гибридных интегральных схем.pdf

Г Л А В А I I I

РАСЧЕТ ПАССИВНЫХ ПЛОСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИС

Плоская конструкция элементов ГИС влияет на распределение токов и потенциалов в этих элементах, которое в свою очередь за­ висит от взаимного их расположения. Поэтому при конструирова­ нии, плоских элементов следует учитывать влияние формы элемен­ тов на распределение зарядов и параметров элементов.

Одной из наиболее часто применяемых конструкций резисторов для ГИС является линейный резистор, номинальная величина (R) которого рассчитывается по общеизвестной формуле:

в значительной степени определяет надежность, поэтому большое значение приобретает правильный выбор ширины, критерием для которой является максимально допустимая мощность рассеивания.

.Минимальная ширина размера рассчитывается по формуле

Максимально допустимая мощность рассеивания на единицу площади зависит от материала резистивной пленки; так, например, для нихрома эта величина равна 1 Вт/см2, для окиси тантала — 2 вт/см2, дл-я силицидных сплавов— 1—-2 Вт/см2. Более сложным представляется расчет криволинейных резисторов, например, рези­ сторов типа меандр; в этом случае величина электрического сопро­ тивления определяется высотой меандра, его шагом и минимальной шириной резистивной пленки, образующей меандр, причем все эти параметры определяются исходя из конструктивной площади, предназначеннойгдля резистора, и требуемой величины соопротивления. В основном эти расчеты не представляют большой сложности и хо­ рошо отработаны в промышленных условиях, поэтому более по­ дробно. мы на них не останавливаемся. Более сложная задача — расчет пленочных конденсаторов ГИС, который сводится к опреде-

29

лению его рабочей площади, т. е. площади перекрытия нижней об­ кладки конденсатора верхней обкладкой. Рабочая площадь рассчи­ тывается по формуле:

Величина емкости конденсатора рассчитывается по общеизвест­ ной формуле плоского конденсатора:

с_ 0,0385 s 5

~~d

Удельная емкость определяется видом диэлектрика, из которого изготовлена диэлектрическая пленка. Так, например, в случае при­

Рис. 12. Зависимость приращения индуктивности от толщины: - а) ферромагнитной подложки; б) ферромагнитной подложки и ферромаг­

нитного покрытия

t\ — толщина ферромагнитной подложки; t2— толщина ферромагнитного покрытия; го радиус токопроводящей спирали

30

не рассматривается. Расчет плоских катушек ца ферромагнитных: катушках разработали В. И. Семенцов, К. А. Афанасьев и др. Однако из-за сложности выведенных ими формул их трудно исполь­ зовать в повседневных инженерных расчетах и поэтому полученные ими зависимости мы приведем в виде графиков (рис. 12), Как сле­ дует из приведенных зависимостей, с увеличением толщины под-

ложки приращение индуктивности стремится к уровню -— (pi —

магнитная проницаемость ферромагнитного материала). Причем, начиная с некоторой толщины подложки, ее влияние на величину индуктивности плоской катушки прекращается. Краткие сведения, приведенные по расчету некоторых плоских пассивных элементов, позволяют быстро оценить порядок величины того или иного эле­ мента. Более подробные сведения по этому вопросу можно найти в специальных монографиях, ибо с повышением степени интегра­ ции схем расчет даже простейшего резистора сильно усложняется из-за появления дополнительных (паразитных) связей между эле­ ментами схем, которые чрезвычайно трудно теоретически оценить. Поэтому необходимо проведение больших экспериментальных ра­ бот для создания всеобъемлющей методики расчета, а в настоя­ щее время вопросы, связанные с расчетами, решаются примени­ тельно к конкретной схеме и в ряде случаев чисто эмпирическим путем.

В связи с тем, что микроминиатюризация позволяет резко по­ высить надежность радиоэлектронной аппаратуры, увеличить пока­ затель машинного времени в технологических процессах ее изготов­ ления и получать целые законченные схемы за один технологиче­ ский цикл, этот процесс продолжается и в настоящее время. Про­ должается он в двух направлениях: с одной стороны, происходит интенсивное внедрение разработанных интегральных схем во все отрасли техники, где используется электроника, а с другой продолжается интенсивная разработка микроминиатюрных схем с более высокой степенью интеграции. Следует отметить, что начи­ ная с 1970 г. наметились тенденции к сокращению объема произ­ водства чисто гибридных схем, состоящих из дискретных элемен­ тов, функциональных узлов (микромодулей) и функциональных интегральных узлов, а увеличивается выпуск интегральных схем на полупроводниковых кристаллах, в том числе и гибридных инте­ гральных схем, которые, очевидно, являются промежуточным эта­ пом, так как современные технологические методы не позволяют реализовать в полупроводниковом кристалле все пассивные эле­ менты с требуемыми характеристиками. Кроме того, не все типы элементов можно реализовать, используя свойства твердого тела, (индуктивные элементы). Показателем дальнейшего пути развития является тот факт, что в США начиная с 1968 г. выпуск полупро­ водниковых интегральных схем увеличился почти в 10 раз, стои­ мость их понизилась приблизительно в 20 раз, а общее количество типов интегральных полупроводниковых схем, выпускаемых про-

31

мышленностью. превысило 6000, хотя большинство из них — это цифровые и логические схемы, но число типов линейных схем растет с каждым днем.

В заключение следует отметить, что наряду с дальнейшим раз­ витием интегральных полупроводниковых схем зарождаются но­ вые направления микроэлектроники, такие как квантовая, молеку­ лярная и оптоэлектроника, позволяющие достичь более высоких ступеней интеграции радиоэлектронной аппаратуры.

Л и т е р а т у р а

.1. Катушки индуктивности для гибридных интегральных схем (ГИС). Обзоры по электронной технике. Серия ферритовая техника. Вып. 12. Ин-т «Электрони­ ка». М., 1971, 28 с. Авт. Травкин С. П., Назаров В. И. Яценко Е. К., Евдоки­

Олег Александрович Р ы б и н с к и и

Пассивные элементы гибридных интегральных схем

Редактор Л. К. Т у р к о в а

Пзд. редактор Л. Н. Г р и ш м а н о в с к а я

Техн. редактор Л. П. Г о р о в а

Корректор 3. В. Л о б о в а

Ленинградский Дом научно-технической пропаганды (ЛДНТП), Невский пр„ 58