Главная Промышленная автоматика.

при уменьп1ении W ниже этого предела существенно увеличиваются потери в металлизационном слое. Более легким путем получения больших волновых сопротивлений является использование подложек меньшей толщины. В полупроводниковых интегральных микросхемах на GaAs, толщина подложки которых может быть менее 0,1 мкм, потери в металлизационном слое ограничивают получение микрополосковых линий с высокой добротностью и большим волновым сопротивлением. Например, если вьшолнить на полуизолирующей GaAs подложке (толщина 0,1 мм) микрополосковую линию шириной 25 мкм, то ее волновое сопротивление оценится только в 74 0м. Реализованные в данном случае на практике толщины микрополосковой линии позволяют получить добротности примерно 20 - 50.

Кроме того, в табл. 14.6 даны экспериментальные значения постоянной затухания, нормированные относительно добротности и длины волны в микрополосковой линии (аХ= 8,6867г/2, дБ). Эти параметры для кварцевой подложки были получены при экспериментальном исследовании микрополоскового резонатора, образованного разомкнутым микрополосковым шлейфом с р = 50Ом [228]. Потери в подложках на основе АЬОз были измерены в микрополосковой линии, имеющей форму меандра (общая длина 23 см, волновое сопротивление 50 Ом) [186]. В обоих случаях использо-ва;шсь подложки с практически идеальной поверхностью. Метшшизацион-ный слой был образован тонким подслоем для улучшения адгезии и слоем золота толщиной несколько скин-слоев. Следует отметить, что по минимизации возникающих потерь подложки из кварца имеют очевидное преимущество, о чем говорят и теоретические оценки, результатами которых представлены на рис. 14.28. Омические потери в полосковом проводнике микрополосковых линий на подложках из сапфира и керамики на основе AI2O3 при одинаковости толщины и состояния поверхности подложек близки, что объясняется небольншм различием эффективных диэлектрических проницаемостей этих материалов. Однако сапфир имеет некоторое преимущество, связанное с возможностью получения подложек с более высоким качеством поверхности. Данные по омическим потерям в микрополосковых линиях па сапфировых подложках, приведенные в табл. 14.6, получены усреднением результатов экспериментальных исследований на частотах 7,9-12,4 ГГц добротности нескольких микрополосковых резонаторов, образованных разомкнутыми ншейфами (р = 20 Ом). Добротность микрополосковых линий с р = 50 Ом на GaAs подложках толщиной 200 мкм бьша определена на основе обобщения экспериментальных результатов, полученных в нескольких лабораториях, занимающихся разработкой GaAs полупро-вощшковых интегральных схем.

14.5.2. СПОСОБЫ УСТАНОВКИ ПТШ В МИКРОПОЛОСКОВУЮ ИНТЕГРАЛЬНУЮ СХЕМУ

14.5.2.1. ОБОБЩЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ

На практике возможно относительно простое решение задачи соединения ПТШ с линией, как показано на рис. 14.29а. В первом случае кристалл ПТШ



кристалл ПТШ

Входная

микропоаосхоВая и,епь

метаппичесхое основание

Выходная михропоаосхоВай цепь


Подложки us керамики на асноВе

Типичные размеры кристалла ПТШ диапазон 3-/2,5 гГц (ширина затвора 1,8 мм) 0,8 0,5 >f 0,1 мм

Корпусированный ПТш Фланец

Входная

микрополосковая цепь

Выходная микрополосковая цепь


Металлическо. основание

Т1адлохки из керамики на основе ai2o3

Типичные размеры фланца для ПТШ диапазона 8-4,5 ггц (ширина затдора I,8mmi3.5>!!0mm

Рис. 14.29. Способы установки бескорпусного (а) и корпусированного (б) ПТШ в микрополосковую цепь

устанавливается непосредственно на металлическое основание, которое имеет электрический контакт с нижней металлической плоскостью микрополосковой подложки. Обычно нижняя поверхность кристалла металлизирована, что позволяет припаивать его к основанию. Это обеспечивает малое тепловое сопротивление. Поскольку легированный хромом полупроводник имеет хорошую электрическую изоляцию, то заземление общего вьшода транзистора может быть выполнено соединением его с основанием специальными проволочками или в некоторых случаях путем металлизации отверстий, сделанных в кристалле полупроводника (последнее рассматривается отдельно в разделе, посвященном проектированию и изготовлению ПТШ).



Если транзистор включается по схеме с общим истоком, то контактная площадка истока должна быть соединена с проводящим основанием с минимальной паразитной индуктивностью. При этом контактные площадки затвора и стока соединяются проволочками с входной и выходной микрополосковыми цепями соответственно. Другим способом установки транзистора в микрополосковую линию является присоединение ПТШ непосредственно контактными площадками, расположенными на поверхности кристалла, к полосковым проводникам и металлическому основанию, на котором специально вьшолнены контакты в виде столбиков. Такой способ установки позволяет минимизировать паразитную индуктивность в цепи истока и иногда используется при изготовлении схем на мощных ПТШ [53, 142, 143]. В случае разработки полупроводниковых интегральных микросхем проблема заземления имеет еще большую актуальность и будет обсуждаться далее в данной главе.

Соединяющие проволочки, используемые для обеспечения электрического контакта ПТШ с микрополосковой линией, должны иметь длину, существенно меньшую длины волны. Это позволяет считать, что во всех практических случаях они эквивалентны сосредоточенному индуктивному элементу с относительно высокой добротностью. Индуктивность этого элемента зависит от нескольких факторов, включающих диаметр и длину проволочки, ее форму и взаимное расположение с другими соединяющими проволочками и заземленным основанием. В действительности часто бывает очень сложным правильно оценить паразитную индуктивность соединяющей проволочки в интегральных микросхемах на ПТШ. Тем не менее некоторые оценки паразитной иттдуктивности в данном случае бьши сделаны [215, 149]. В работе [215] приведены соотношения, позволяющие в нескольких специальных сл5Л1аях определить собственную индуктивность изолированного круглого прямого проводника и прямого проводника с учетом наличия заземленной плоскости. Их можно использовать для оценки индуктивности соединяющих проволочек обычной конфигурации. Для типичного сЛ5Л1ая применения ПТШ н полупроводниковых интегральных микросхемах была сделана грубая оценка собственной индуктивности прямого длинного отрезка соединяющей проволочки диаметром 25 мкм, расположенного достаточно далеко от заземленного основания (т.е. на таком расстоянии, при котором влиянием заземленной плоскости на значение собственной индуктивности можно пренебречь), которая дала 0,8 нГн/мм. Здесь необходимо отметить, что в действительности индуктивность на единицу длины отрезка проводника конечной длины не является константой, а будет достаточно слабо увеличивающейся функцией длины проводника. Используя результаты работы [215], для примера определяем собственную индуктивность L (нГн) изолированного прямого проводника диаметром d и длиной / (длина проводника равна 1 см) при условии отсутствия частотных ограничений (когда толщина скин-слоя намного меньше диаметра проводника):

1=21 (1п- - 1). (14.26)





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [101] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0037