Бодиловский В.Г. Справочник молодого радиста

Подождите немного. Документ загружается.

компоненты, составляет микроблок.

§ 64. Классификация интегральных схем

По конструктивно-технологическому исполнению различают полупроводниковые, пленочные и гибридные

ИС.

К полупроводниковым относят ПМС (полупроводниковые интегральные микросхемы), все элементы и

межэлементные ,соединения которой выполнены в объеме или на поверхности полупроводника. Ё зависимости

от способов изоляции отдельных элементов различают ПМС с изоляцией p-n-переходами и микросхемы с

диэлектрической (оксидной) изоляцией. ПМС можно изготовить и на подложке из диэлектрического материала

на основе как биполярных, так и полевых транзисторов. Обычно в этих схемах транзисторы выполнены ъ виде

трехслойных структур с двумя р-n-переходами (n-p-n-типа), а диоды — в виде двухслойных структур с одним

р-л-переходом. Иногда вместо диодов используют транзисторы в диодном включении.

Резисторы ПМС, представленные участками легированного полупроводника с двумя выводами, имеют

сопротивление несколько ки-лоомов. В качестве высокоомных резисторов иногда используют обратное

сопротивление р-n-перехода или входные сопротивления эмнт-терных повторителей.

Роль конденсаторов в ПМС выполняют обратно смещенные p-rt-переходы. Емкость таких конденсаторов

составляет 50 — 200 пФ. Дроссели в ПМС создавать трудно, поэтому большинство устройств проектируют без

индуктивных элементов. Все элементы ПМС получают в едином технологическом цикле в кристалле

полупроводника. Соединения элементов таких схем осуществляются с помощью алюминиевых или золотых

пленок, получаемых методом вакуумного напыления. Соединение схемы с внешними выводами производят

алюминиевыми или золотыми проводниками диаметром около 10 мкм, которые методом термокомпрессии

присоединяют к пленкам, а затем приваривают к внешним выводам микросхемы.

Полупроводниковые микросхемы могут рассеивать мощность 50 — 100 мВт, работать на частотах до 20 —

100 МГц, обеспечивать время задержки до 5 не. Плотность монтажа электронных устройств на ПМС — до 500

элементов на 1 см

. Среднее время безотказной работы устройства, содержащего 10

элементов, достигает 10

— 10

Современный групповой технологический цикл позволяет обрабатывать одновременно десятки

полупроводниковых пластин, каждая из которых содержит сотни ПМС с сотнями элементов в кристалле,

связанных в заданные электронные цепи. При такой технологии обеспечивается высокая идентичность

электрических характеристик микросхем.

Пленочными интегральными (или просто пленочными схемами ПС) называют ИС, все элементы и

межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок. Интегральные схемы подразделяют, на

тонко- и толстопленочные. Эти схемы могут иметь количественное и качественное различие. К

тонкопленочным условно относят ИС с толщиной пленок до 1 мкм, а к толстопленочным — ИС с толщиной

пленок выше 1 мкм. Качественное различие определяется технологией изготовления пленок. Элементы

тонкопленочной ИС наносят на подложку с помощью термовакуумного осаждения и катодного распыления.

Элементы толстопленочных ИС изготовляют преимущественно методом шелкографии с последующим

вжиганием.

Гибридные интегральные микросхемы (ГИС) представляют собой сочетание навесных активных

радиоэлементов (микротранзисторов, диодов) и пленочных пассивных элементов и их соединений. Обычно

ГИС содержат: изоляционные основания из стекла или. ке-, рамики, на поверхности которых сформированы

пленочные проводники, резисторы, конденсаторы небольшой емкости; навесные бескорпусные активные

элементы (диоды, транзисторы); навесные пассивные элементы в миниатюрном исполнении (дроссели,

трансформаторы, конденсаторы большой емкости), которые не могут быть выполнены в виде пленок. Такую

изготовленную ГИС герметизируют в пластмассовом или металлическом корпусе.

Резисторы сопротивлением от тысячных долей ома до десятков килоомов в ГИС изготовляют в виде тонкой

пленки нихрома или тантала. Пленки наносят на изоляционную основу (подложку) и подвергают термическому

отжигу. Для получения резисторов с сопротивлением в десятки мегаомов используют металлодиэлектрическив

смеси (хрома, монооксида кремния и др.). Средние размеры пленочных резисторов-(1 — 2)Х10~

см

Конденсаторы в ГИС выполняют из тонких пленок меди, серебра, алюминия или золота. Напыление этих

металлов производят с подслоем хрома, титана, молибдена, обеспечивая хорошую адгезию с изоляционным

материалом подложки. В качестве диэлектрика в конденсаторах используют пленку из оксида кремния,

бериллия, двуоксида титана и т. д. Пленочные конденсаторы изготовляют емкостью от десятых долей

пикофарады до десятков тысяч пикофарад размером от 10~

до 1 см

Проводники ГИС, с помощью которых осуществляют межэлементные соединения -и подключение к

выводным зажимам, выполняют в виде тонкой пленки золота, меди или алюминия с подслоем никеля, хрома,

титана, обеспечивающем высокую адгезию к изоляционному основанию. Гибридные интегральные схемы, у

которых толщина пленок, образующихся при изготовлении пассивных элементов, до 1 мкм с шириной 100 —

200 мкм,-относят к тонкопленочным. Такие пленки получают методом термического напыления на поверхности

подложек в вакууме с использованием трафаретов, масок. Гибридные интегральные схемы с толщиной 1 мкм и

более относят к толстопленочным и изготовляют путем напыления на подложки токопроводящих или

диэлектрических паст через сетчатые трафареты с последующим их вжиганием в подложки при высокой

температуре. Эти схемы имеют большие размеры и массу пассивных элементов. Навесные активные элементы

состоят из гибких или жестких «шариковых» выводов, которые пайкой или сваркой присоединя-, ют к

пленочной микросхеме.

Плотность пассивных и активных элементов при их многослойном расположении в ГИС, выполненной по

тонкопленочной технологии, достигает 300 — 500 элементов на 1 см

, а плотность монтажа электронных

устройств на ГИС — 60 — 100 элементов на 1 см

. При такой плотности монтажа объем устройства,

содержащего-10

элементов, составляет 0,1 — 0,5 м

, а время безотказной работы — 10

— 10

ч. -

Основным преимуществом ГИС является возможность частичной интеграции элементов, выполненных по

различной технологии (биполярной, тонко- и толстопленочной и др.) с широким диапазоном электрических

параметров (маломощные, мощные, активные, пассивные, быстродействующие и др.).

В настоящее время перспективна гибридизация различных типов интегральных схем. При малых

геометрических размерах пленочных элементов и большой площади пассивных подложек на их поверхности

можно разместить десятки — сотни ИС и других компонентов. Таким путем создают многокристальные

гибридные ИС с большим числом (несколько тысяч) диодов, транзисторов в неделимом элементе. В

комбинированных микросхемах можно разместить функциональные узлы, обладающие различными

электрическими характеристиками.

Сравнение ПМС и ГИС. Полупроводниковые микросхемы со степенью интеграции до тысяч и более

элементов в одном кристалле получили преимущественное. распространение. Объем производства ПМС на

порядок превышает объем выпуска ГИС. В некоторых устройствах целесообразно применять ГИС по ряду

причин.

Технология ГИС сравнительно проста и требует меньших первоначальных затрат на оборудование, чем

полупроводниковая технология, что упрощает создание нетиповых, нестандартных изделий и аппаратуры.

Пассивная часть ГИС изготовляется на отдельной подложке, что позволяет получать пассивные элементы

высокого качества и создавать высокочастотные ИС.

Технология ГИС дает возможность заменять существующие методы многослойного печатного монтажа при

размещении на подложках бескорпусных ИС и БИС и других полупроводниковых компонентов. Технология

ГИС предпочтительна для выполнения силовых ИС на большие мощности. Предпочтительно также гибридное

исполнение интегральных схем линейных устройств, обеспечивающих пропорциональную зависимость между

входными и выходными сигналами. В этих устройствах сигналы изменяются в широком интервале частот и

мощностей, поэтому их ИС должны обладать широким диапазоном номиналов, не совместимых в едином

процессе изготовления пассивных и активных элементов. Большие интегральные схемы БИС допускают

объединение различных функциональных узлов, в связи с чем они получили широкое распространение в

линейных устройствах.

Преимущества и недостатки интегральных схем. Преимуществом ИС являются высокая надежность, малые

размеры и масса. Плотность активных элементов в БИС достигает 10

— 10

на 1 см

. При установке микросхем

в печатные платы и соединении их в блоки плотность элементов составляет 100 — 500 на 1 см

, что в 10 — 50

раз выше, чем при использовании отдельных транзисторов, диодов, резисторов в микромодульных устройствах.

Интегральные схемы безынерционны в работе. Благодаря небольшим, размерам в микросхемах снижаются

междуэлектродные емкости и индуктивности соединительных проводов, что позволяет использовать их на

сверхвысоких частотах (до 3 ГГц) и в логических схемах с малым временем задержки (до 0,1 не).

Микросхемы экономичны (от 10 до 200 мВт) и уменьшают расход электроэнергии и массу источников

питания.

Основным недостатком ИС является малая выходная мощность (50 — 100 мВт).

В зависимости от функционального назначения ИС делят на две основные категории — аналоговые (или

линейно-импульсные) и цифровые (или логические).

Аналоговые интегральные схемы АИС используются в радиотехнических устройствах и служат для

генерирования и линейного усиления сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции в широком

диапазоне мощностей и частот. Вследствие этого аналоговые ИМС должны содержать различные по

номиналам пассивные и по параметрам активные элементы, что усложняет их разработку. Гибридные

микросхемы уменьшают трудности изготовления аналоговых устройств в микроминиатюрном исполнении.

Интегральные микросхемы становятся основной элементной базой для радиоэлектронной аппаратуры.

Цифровые интегральные схемы ЦИС применяются в ЭВМ, устройствах дискретной обработки информации

и автоматики. С помощью ЦИС преобразуются и обрабатываются цифровые коды. Вариантом этих схем

являются логические микросхемы, выполняющие операции над двоичными кодами в большинстве

современных ЭВМ и цифровых устройств.

Аналоговые и цифровые ИС выпускаются сериями. В серию хо-дят ИС, которые могут выполнять

различные функции, но имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначаются для

совместного применения. Каждая серия содержит несколько различающихся типов, которые могут делиться на

типономиналы, имеющие конкретное функциональное назначение и условное обозначение. Совокупность

типономиналов образует тип ИС.

§ 65. Условные обозначения интегральных схем

Обозначение ИС состоит из четырех элементов: первый элемент — цифра, указывающая конструктивно-

технологическую группу (цифры 1, 5, 7 указывают, что ИС полупроводниковые; 2, 4, б и 8 — гибридные, а 3 —

пленочные, керамические, вакуумные и др.); второй элемент — две-три цифры порядкового номера

разработки, нрисвоенные данной серии (в результате первых два элемента составляют три-четыре цифры,

определяющие полный номер серии ИС); третий элемент — две буквы: первая обозначает подгруппу, вторая

— вид микросхемы по функциональному назначению; четвертый элемент — порядковый номер разработки

ИС по функциональному признаку в данной серии. Этот элемент может состоять из одной или нескольких

цифр. Пример основного условного обозначения интегрального полупроводникового операционногб усилителя

с порядковым номером разработки серии 40 и порядковым номером разработки данной схемы в серии по

функциональному признаку 11 приведен на рис. 134, а. Иногда в конце условного обозначения добавляют

буквы от А до Я, которые характеризуют технологический разброс электрических параметров (модификацию)

данного типо-номинала или определяют тип корпуса (например, буква П означает пластмассовый корпус, а М

— керамический). Перед условным обозначением микросхем, используемых в устройствах широкого

применения, ставя.? букву К (например, К140УД11). Если после буквы К перед номером серии стоит буква М

(например, КМ155ЛА1), это означает, что вся данная серия выпускается в керамическом корпусе, если же после

буквы К ставится буква Б (например, КБ524РП1А-4), хо серия выпускается в бескорпусном варианте, без

присоединения выводов к кристаллу микросхемы. Экспортный вариант микросхемы (с шагом выводов корпуса

2,54 мм) обозначают буквой Э перед буквой К (например, ЭК561ЛС2).

Рис. 134. Условное обозначение микросхем: а — 140УД11, б — 1ЛБ331

В обозначении бескорпусных ИС через дефис вводится цифра от 1 до 6 (например, 703ЛБ1-2),

характеризующая модификацию конструктивного исполнения. Цифры означают: 1 — микросхема с гибкими

выводами (с числом выводов до 16); 2 — с ленточными (паучковыми) выводами, в том числе «а полиамидной

пленке; 3 — с жесткими выводами; 4 — на общей пластине (неразделенные); 5 — разделенные без потери

ориентировки (например, наклеенные на пленку); 6 — с контактными площадками без выводов (кристалл).

Для микросхем, разработанных до 1973 г., обозначение конструктивно-технологической группы отделялось

от порядкового номера серии буквенным шифром функции, выполняемой схемой (например, 1 ЛБ 33 1, рис.

134,6). Старые и новые условные обозначения различаются буквами, указывающими подгруппы и виды.

По характеру выполняемых функций в аппаратуре ИС подразделяют на подгруппы (генераторы, детекторы,

ключи, модуляторы, усилители) и виды (преобразователи напряжения, частоты, фазы и т. д.).

§ 66. Полупроводниковые линейно-импульсные микросхемы

Микросхемы серии К118

К1УС181 (А — Д). Двухкаскодный усилитель (рис. 135, а, б)

К1УС181А К1УС181Б

Напряжение источни* ка

питания, В . . . . 6,3 6,3

Входное сопротивле

ние,

кОм ......

2 2

Коэффициент усиле

ния

на частоте 12 кГц 250 400

К1УС181В К1УС181Р

К1УС181Д

Напряжение источни

ка

питания, В .... 12,6 12,6 12,6

Входное сопротивле-

ние, кОм ...... 2 2 2

Коэффициент усиле

ния

на частоте 12 кГц

350 500 800

Рис. 135. Двухкаскодный усилитель (а) и схема его включения (б)

К1УС182 (А, Б, В). Каскодный усилитель (рис. 136, а, б)

К1УС182А К1УС182Б К1УС182В

Напряжение источника питания,

В....... 4 6,3 6,3

Входное сопротивление, кОм . . 1 1 1

Выходное сопротивление кОм 1,2 — 3 1,2 — 3 1,2 — 3

Рис. 136. Каскодный усилитель (а) и схема его включения (б)

Коэффициент усиления на

частоте 12 кГц . . . 15 20 40

Напряжение вход

ного

сигнала, мБ

100 100 50

К1ТШ181 (А — Д) Триггер Шмитта (рис. 137, а, б)

Напряжение источни

ка

питания, В . . . .

К1ТШ181Д

±3

К1ТШ18Ш

±4

Максимальный ток входного

сигнала, мкА . Напряжение

срабаты-

20 40

вания, В ...... Напряжение

выходно«

0 — 0,35 0-0,35

го сигнала, В .... от —

0,4 До

+3,5

от — 0,4 до -

И,

Рис.137. Триггер Шмитта (а) и схема его включения (б)

К1ТШ181В К1ТШ181Р

К1ТШ181Д

Напряжение источника

питания, В ..... .

±4 ±6,3 ±6,3

Максимальный , ток

входного сигнала, мкА , 20 40 20

Напряжение срабаты

вания,

В ...... 0 — 0,35 0 — 0,4 0 — 0,4

Напряжение выходно

го

сигнала, В ....

от —

0,4 до

+4,05

от —

0,4 до

+6,35

от —

0,4 до

+6,35

Микросхемы серии К119

Рис. 138. Элемент ждущего блокинг-генератора (а) и схема его включения (б)

Рис. 139. Мультивибратор с самовозбуждением (а) и схе-- ма его включения (б)

К1ГФ191. Элемент ждущего блокинг-генератора (рис. 138, b, б)

Напряжение источника питания, В 6,3 Ток потребления, мА..... 3

Параметры входного импульса

Амплитуда, В ........ 3,5

Полярность.........положительная Частота, кГц......... 100

Длительность импульса, мкс ... 0,2 — 0,4 Длительность фронта, мкс ... 0,1

Параметры выходного импульса

Амплитуда, В ......., 4

Длительность, мкс:

импульса ......... 0,3- 1,4

фронта.......... О,.?.

спада........... 0,5

Помехоустойчивость, В .... не хуже

0,5

Сопротивление нагрузки, кОм . 1

К1ГФ192. Мультивибратор с самовозбуждением (рис. 139, а, б)

Напряжение источника питания, В . . 3

Ток потребления, мА ........ 6

Амплитуда выходного импульса, В . . 1 Длительность импульса, мкс:

выходного........... 7 — 25

фронта выходного........ 0,5

фронта входного........ 0,5

спада............. 1,8

Микросхемы серии К122

Выпускают в круглом металлостеклянном корпусе с 12 выводами (рис. 140) массой 1,5 г с диапазоном

рабочих температур от — 45до+85°С.

Рис. 140. Общий вид и основные размеры микросхем К122

Рис. 141. Триггер Шмитта (а) и схема его включения (б)

К1ТШ221 (А — Д). Триггер Шмитта (рис. 141, а, б)

К1ТШ221А К1ТШ221Б

Напряжение источника питания, В .... ±3 ±4

Ток входного сигнала,

мкА........ 20 40

Напряжение выходного сигнала, В .... от — 0,4 от — 0,4

до +2,7 до +3,7

К1ТШ221В К1ТШ221Г К1ТШ221Д

Напряжение источника питания, В..... ±4 ±6,3 ±6,3

Ток входного сигнала, мкА....... . 20 40 20

Напряжение выходного сигнала, В .... от — 0,4 от 1,2 от 1,2

До +3,7 до 6 до 6

Рис. 142. Двухкаскадный усилитель переменного тока (а) и схема его включения (б)

Ф1 — ФЗ — фильтры, £

— источник питания

К1УС221 (А — Д). Двухкаскадвые усилители переменного тока (рис. 142, а, б)

К1УС221А КДУС221Б

Напряжение источника-питания, В..... +6,3 +6,3

Входное сопротивле-ние, кОм...... 2 2

Коэффициент усиления на частоте 12 кГц . . „ 250 400

Постоянное напряже- ,.

ние на выходе, В ... 2,8 2,8

К1УС221В К1УС221Г КДУС221Д

Напряжение источника

питания, В.....+12,6 +12,6 +12,6

Входное сопротивление, кОм ...... 2 2 2

Коэффициент усиления на частоте 12 кГц ... 350 500 800

Постоянное напряжение на выходе, В . . „ 9,6 9,6 9,6

К1УС222 (А, Б, В). Каскодный усилитель (рис. 143, о, б)

;

КДУС222А К1УС222Б КДУС222В

Напряжение источника питания, В ....... ~4 .6,3 5,3

Входное сопротивление, кОм .1 1 I

Коэффициент усиления на частоте 12 кГц . . 15 25 40

Напряжение входного сигнала, мВ .,..,, 100 100-50

Рис. 143. Каскодный усилитель (а) и схема его включения (б)

Микросхемы серии К167

Выпускают с усилителями на МОП-транзисторах в круглом ме-таллостеклянном корпусе с 8 выводами (рис,

144), массой 1,5 г, с диапазоном рабочих температур от — 45 до +70°С.

Рис. 144. Общий вид и основные размеры микросхем К167

К1УС671. Усилитель низкой частоты (рис. 145,а,0).

Напряжение источника питания, В — 12

Ток потребления, мА ..... 5

Коэффициент усиления . . . . . . 500 — 1300

Предельная частота усиления, кГц 100 Коэффициент нелинейных искажений, %........... 5

Входная емкость, пФ ..... 80

Выходное сопротивление, кОм . . 20 Коэффициент шума на частоте

10 кГц, дБ .... -..... 6,5

Рис. 145. Усилитель низкой частоты (а) и схема его включения (б)

Микросхемы серии К177

Выпускают в прямоугольном стеклянном корпусе с 14 выводами (рис. 146, а, б), массой 1 г, с диапазоном

рабочих температур от — 45до.+85°С.

Рис. 146. Общий вид и основные размеры микросхем К177 (а) и вид сбоку (б)

К1УС771. Двухтактный усилитель напряжения (рис. 147, а, б)

Напряжение источника питания, В 12,6

Ток потребления, мА, при отсутствии сигнала............ 5

Коэффициент усиления

по напряжению на частоте 1 кГц .....80 — 150

Сопротивление, кОм, на частоте 1 кГц:

входное .......... 40

выходное . ... ... 0,05

Рис. 147. Двухтактный угилитель напряжения (а) и схема его включения (б):

СЗ, С5 — корректирующие конденсаторы от 30 до 300 оФ для устранения возбуждения

Микросхемы серии К198

Выпускают с усилителями или транзисторными сборками в прямоугольном металлостеклянном корпусе с 14

выводами (рис. 148, а, б), массой 1,5 г, с диапазоном рабочих температур от — 45 до + 85 °С.

Рис. 148. Общий вид, основные размеры и обозначение выводов микросхем К198(о) и вид

сбоку (б)

К1УТ981 (А, Б). Многофункциональный усилитель (рис. 149, а, б)

Напряжение источника питания, В ..., ±6,3 Ток потребления, мА, при U

вх

=ОВ ..... 5

Входной ток, мкА, при U

вх

=ОВ....... 10

Коэффициент передачи по напряжению на f=

= 10 кГц при U

вх2

=0 B и U

ВЫХ1

=0,7 В.....20 — 70

Максимальный размах неискаженного выходного напряжения, В, при U

BX2

=OB, f=10 кГц и Kf<10 % 2,5

Напряжение смещения нуля, мВ, при Uвых1=U

ых2 для групп:

К1УТ981А............... 8

К1УТ981Б............. 15

Разность входных токов, мкА, при U

х=ОВ для групп:

К1УТ981А.............. 3

К1УТ981Б .......... ... 8

Рис. 149. Многофункциональный усилитель (а) и схема его включения (б)

§ 67. Гибридные линейно-импульсные микросхемы

Микросхемы серии К218

Выпускают в прямоугольном металлостеклянном корпусе с 14 выводами (рис. 150, а, б) массой 1,8 г.