В основных направлениях развития народного хозяйства на 1976—1980 гг., определенных XXV съездом КПСС, в числе главных путей повышения эффективности производства поставлена задача— «решительно улучшить качество всех видов выпускаемой продукции, расширить ассортимент, увеличить производство новых видов изделий, отвечающих современным требованиям» [1]. Решить ее невозможно без дальнейшего развития электроники, обеспечивающей не только создание сложных автоматизированных систем управления производственными процессами в самых различных отраслях народного хозяйства, но и разработку принципиально новых изделий широкого потребления. Расширение сферы применения электронных устройств — одна из особенностей научно-технического прогресса на современном этапе.
Развитие электроники начиная с шестидесятых годов связано с появлением и быстрым совершенствованием интегральных схем (ИС). Интегральные схемы позволяют создавать современные сложные электронные устройства, обеспечивают приемлемые для практики их габариты и массу, гарантируют их высокую надежность. Самое широкое применение ИС нашли при проектировании цифровых устройств.
Свойства и характеристики ИС все в большей степени определяют технические характеристики вычислительных машин. Современные цифровые интегральные схемы — сложные изделия, реализующие функции целых блоков и узлов вычислительных устройств. Именно этим обусловлено появление совершенно нового направления в электронике — создание микропроцессоров. Если простые цифровые ИС оказались базой для проектирования вычислительных машин третьего поколения, то освоение в производ:тве микропроцессоров, представляющих собой ИС' с повышедной функциональной сложностью и универсальностью, позволяет по-новому организовать обработку цифровых Сигналов и поэтому надеяться на широкое внедрение цифровых методов обработки информации в самые различные области техники (даже в те, где применение электроники ранее не давало сущаственного эффзк-та). На базе микропроцессорных наборов (4 ... 5 отдельных корпусов) создаются вычислительные устройства четвертого поколения.
В развитии технологии и схемотехники цифровыхИС* можно УСЛОВНО выделить три этапа. Первый — разработка базовых серии интегральных схем, выполняющих простые логические функции (И—НЕ, ИЛИ—НЕ, И—ИЛИ—НЕ и др., причем в составе
каждой такой серии, как правило, имелись триггеры). На этом этапе были созданы ИС с числом элементов от 10 до 50.
Второй этап — разработка более сложных функционально законченных узлов (счетчиков, регистров, дешифраторов, полусумматоров и др.) с числом элементов от 50 до 500. За счет таких новых схем функциональный состав ранее разработанных серий постоянно расширяется.
Третий этап — разработка сложных функциональных устройств с уровнем интеграции от 500 до 10000 элементов на одном кристалле. Этот этап приходится на начало X пятилетки. На схемах третьего этапа созданы карманные инженерные калькуляторы с широкими возможностями вычислений на основе предварительного программирования решаемой задачи.
В процессе развития цифровой интегральной электроники наряду с биполярными схемами были разработаны и нашли широкое применение униполярные ИС на МОП-структурах: р- и п-типа, комплементарных (К.МОП), с нитридной изоляцией (МНОП) и некоторые др. Именно цифровые схемы на МОП-структурах позволили довести число элементов на кристалле до 10000 и спроектировать такие сложные схемы, как оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) с большим объемом информации, схемы ЗУ с произвольной выборкой и ЗУ с длительным хранением записанной информации при отключении источника питания.
Опыт применения всего многообразия технологических приемов изготовления ИС, полученный в течение последних 10 лет, подтвердил удобство применения и высокие технические характеристики биполярных схем ТТЛ- и ЭСЛ-типа, а также схем на МОП-структурах. На основе этих схем построены как Единая Система Электронных Вычислительных Машин (ЕС ЭВМ), созданная объединенными усилиями стран — членов СЭВ, так и широкое семейство малых*ЭВМ и калькуляторов (от самых простых школьных, с четырьмя арифметическими действиями, до универсальных — с программированием, которые можно использовать в научных исследованиях).
Истекшее десятилетие дало разработчикам аппаратуры также и новую аналоговую элементную базу: большой ассортимент универсальных операционных усилителей, компараторов, схем аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, стабилизаторов напряжения, коммутаторов, а также набор усилителей низкой, промежуточной и высокой частоты. Применение аналоговых ИС позволило упростить наладку приборов, увеличить их надежность и точность, а во многих случаях и исключить необходимость обслуживания.
В последние годы как самостоятельное направление выделилось создание аппаратуры на основе бескорпусных ИС с общей герметизацией в составе блоков. Такой метод позволяет получить высокую плотность монтажа и значительно уменьшить габариты и мягг-v гпепияльнпй ЯППЯПЯТУПЫ.
Отечественная электронная промышленность выпускает большую номенклатуру современных цифровых и аналоговых микросхем, ставших основной элементной базой современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) промышленного назначения.
Залогом высокой надежности РЭА является правильное применение микросхем и соблюдение режимов их эксплуатации; нарушение же этих условий из-за недостаточного знания технических свойств, электрических параметров и режимов эксплуатации чаще всего и вызывает отказы.
Цель настоящей книги — дать основные технические характеристики цифровых и аналоговых микросхем, изложить методы их изготовления, функциональный состав серий, а также обратить внимание на особенности применения ИС при разработке радиоэлектронной аппаратуры и дать рекомендации по обеспечению надежности микросхем при их производстве и монтаже аппаратуры.
Материал, изложенный в книге, базируется на результатах обобщения опыта разработки и применения интегральных микросхем.
Авторский коллектив выражает большую благодарность д-ру техн. наук, проф. Б. Ф. Высоцкому, канд. физ.-мат. наук Б. Н. Фай-зулаеву, кандидатам технических наук Е. И. Гальперину, Г. А. Подольскому, В. И. Котикову, а также В. Л. Шило, принявшим активное участие в обсуждении содержания и структуры книги и давшим ряд ценных замечаний по содержанию материала и его компоновке. Авторы благодарны также В. Н. Булановой и В. А, Уши-бышеву за помощь, оказанную при подготовке и оформлении рукописи. • •'-.
Все замечания и предложения по улучшению книги авторы просят направлять по адресу: Москва, 101000, Главпочтамт, а/я 693, издательство «Советское радио».
Авторы.
• - ' ••••'.*' J.
ОГЛАВЛЕНИЕ ,;
Предисловие ................ у
.;!Й
• J- >)
Глава первая. -
ТЕРМИНОЛОГИЯ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИН- | ТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ............•
1.1. Введение .....• • • • • • • • •.%,;.!
1.2. Терминология в микроэлектронике ...-••
1.2.1. Интегральные микросхемы, элементы компоненты (7). 1.2.2. Элементы
., конструкции (7). 1.2.3. Простые и сложные ИС (9). 1.2.4. Мнкросборки • ,
мнкроблоки (10). . .............
13. Классификация ИС.............' J
1.4. Система условных обозначений ИС . . . . . • • • »
Глава вторая. • .
'•• МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ , ' -, -. . . . . 1
2.1. Пленочная и гибридная технология . . . . • • • 1
21.1 Материи* пая гибридных ИС (19). 2.1.2. Изготовление элементов гиб-рядных ИС(22). 2.1 3. Монтаж электрических соединений в гибридных ИС . 3
22. Полупроводниковая технология , . . . ... . . .2
2,21 Материалы для элементов полупроводниковых ИС и их изготовление
126) 222. Изготовление интегральных структур (29). 2.2.3. Разделение пла»
; Нины на кристаллы, монтаж ИС t35>. 2.2.4. Герметизация кристаллов ИС
(36). 2.2.5. Изготовление коппусов ИС (37). . . . , . . . .
2.3. Особенности технологии ИС высокой степени интеграции . . . 4 Глава третья.' ' - ','
ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ . ........<
^ ii. / . ;...... - .......
3:1, Назначение и применени? . . . 4
33. Логические функции, реализуемые с помощью- цифровых ИС л 4
3.3. Класетйфякадая цдфровы» ИС и их основные электрические пар»* ;*'*. метры '............ . •:• * ..».».,.. * |
9JL Схемы транзисторно-транзисторной логики .... , . .1
'•341 Основные электрические параметры ИС тепа ТТЛ (78).'3.4.2. Функцио-
нальный состав ТТЛ-серий (72). 3.4.3. Некоторые'особенности Применения
, : ИС типа Ttl\ (78) . . .... .....
3.5: Схемы эмиттерно-связанной транзисторной логики . - • .- . - )
3.5.1. Функциональный состав серий ЭСТЛ (86). 3.5.2. Основные электрические параметры и типовые характеристики ИС типа ЭСТЛ (99). 3.5.3. Некоторые особенности применения ИС типа ЭСТЛ (103) . . . . .
3.6. Цифровые ИС на МОП-структурах...... . . V
3.6.1. Принцип работы ИС на р-канальных МОП-транзисторах (111).
3.6.2. Статические схемы на р-канальных МОП-транзисторах (113). 3.6.3. Ква« зистатические и динамические схемы (116). 3.6.4. Принцип работы ИС •• комплементарных МОП-транзисторах (119). З.6.Б. Основные серии ИС на МОП-структурах (123).......,. . ....
3.7. Интегральные схемы запоминающих устройств...... 1;
3.7.1. Запоминающие элементы на биполярных структурах (131). 3.7.2. Запоминающие элементы на МОП-структурах (134). 3.7.3. Запоминающие элементы на КМОП-транзисторах (135). 3.7.4. Запоминающие элементы на МНОП- г структурах (136). 3.7.5. Запоминающие элементы иа основе структур «кремний на сапфире* '(138). 3.7.6. Запоминающие элементы иа основе новы* Материалов (138). 3.7.7. Освоение сернн НС ЗУ н их функциональный состм
3.8. Перспективы развития цифровых ИО i i . . * « г . 142
3.8.1. Интегральная инжекционная логика (143). 3.8.2. МОП-схемы с п-каыа-лами (144).................
8.9. Микрокалькуляторы ,...... .... 146
3.10. Микропроцессоры ... :....... 149
3.10.1. Характеристики микропроцессора (150)........
3.10.2. Микропроцессорный комплект среднего быстродействия (153). , .
3.10.3. Микропроцессорный комплекс повышенного быстродействия (159), ,
• Глава четвертая.
АНАЛОГОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ . , . . i , , . 200
4.1. Назначение и применение « , ........ 200
4.2. Операционные усилители.........., . 200
4.2.1. ОУ с двухкаскаднои структурной схемой (207). 4.2.2. Усилители с полевыми транзисторами на входе (214). 4.2:3. Усилители с транзисторами типа супер-бета (215). 4.2.4.. Высокоточный ОУ типа 153УД5 (219). 4.2.5. Быстродействующие ОУ (221). 4.2.6. Микромощные ОУ (223).......
4.3. Интегральные компараторы ...........227
4.4. Интегральные аналоговые перемножители ... . . . .231
4.5. Аналоговые ИС для радиоприемных устройств . . . .241
4.5.1. Дифференциальный усилитель (243). 4.5.2. Усилители низкой частоты (УНЧ) (244). 4.5.3. Специализированные ИС (248), 4.5.4. ИС для построения селективных устройств (255)............
4.6. ИС для взаимного преобразования цифровой'и аналоговой информации . . . . . . . . . . 4 . . , . u . 257
4.7. Аналоговые ключи . . . . . \ , . . t " . . 273
4.8. Интегральные стабилизаторы напряжения . . ... . , . . .278
Глава пятая.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ИС ПРИ ИХ ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРИ МОНТАЖЕ АППАРАТУРЫ........ . ... 293
5.1. Конструктивно-технологические принципы высокой надежности ИС 293
5.2. Операционный контроль...... / . , . . . 295
5.3. Отбраковочные испытания . . . . . ... . . . ; 295
5.4. Воздействие внешних факторов при производстве аппаратуры . 3v5
5.5. Формовка и обрезка выводов . . . . . . . . . . 307
5.6. Лужение и пайка . . . . . . .-•• . . : . . . . 313
5.7. Установка ИС на печатные платы . . , . ... . . 320
5.8. Защита ИС от электрических воздействий . . ; V . . 323
5.9. Демонтаж............. . .329
Заключение . . . . . , . , . ,. , . •••• . • . . . . . 331
Цена: 150руб.
