Аналоговые интегральные микросхемы (АИМС) предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся непрерывно по уровню и во времени. Они находят широкое применение в аппаратуре звуковоспроизведения и звукоусиления, радиоприемниках и телевизорах, видеомагнитофонах, и измерительных приборах, в аналоговых вычислительных машинах, технике связи и т. д.

АИМС - конструктивно завершенное устройство, которое в совокупности с ограниченным количеством внешних радиоэлементов позволяет создавать сложный завершенный функциональный узел (например, декодер ПАЛ-СЕКАМ, УПЧ изображения, видеоусилитель, генератор и т. п.).

Функциональный узел [1] - это группа радиоэлементов, объединенных конструктивно и технологически в сборочную единицу (модуль), предназначенную для создания некоторой законченной части радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), например, усилителя, фильтра, источника питания и т. п.

Взамен традиционного метода изготовления функциональных узлов путем сборки их из готовых электрорадиоэлементов в модули с применени-

ем межсоединений и конструктивных, элементов в АИМС процессы изготовления входящих в узел электрора-диоэлементов и объединения их i функциональную конструктивно за вершенную структуру совмещаются Эта технология носит название интегральной (от латинского integre -целый, неразрывно связанный). Функциональные узлы (ФУ) РЭА, изгота вливаемые методом интегральной технологии называются интегральны ми микросхемами (ИМС). Характер пая особенность интегральной техно? логии - высокий уровень миниатю* ризации (до 10 элементов в одном корпусе).

Для функциональных узлов радиа аппаратуры удобным показателе: уровня миниатюризации являе плотность упаковки, характеризуем отношением числа элемеЦтов, соде, жащихся в узле, к объему узла.

При сборке маломощных функци! нальных узлов из готовых радиоэ. ментов не удается поднять плотна упаковки выше 2-3 элементов в бическом сантиметре даже при и пользовании самых миниатюрн: полупроводниковых приборов и па сивных элементов. Интегральная » технология позволяет достигать плш ности упаковки КУ* - 10 элементов 1 см при невысокой стоимости большой надежности ФУ. Эта особе ность интегральной технологии, обе* печивающая большие возможност! миниатюризации радиоэлектронны изделий, явилась причиной широког

и быстрого внедрения интегральных микросхем в РЭА.

Интегральная технология изменила представление об оптимальных функциональных структурах радиоэлектронных устройств и их функциональном базисе. Появились новые принципы и способы конструирования ап-партуры, оказывающие значительное влияние на все этапы изготовления радиоэлектронных устройств, способы их эксплуатации и существенно расширяющие сферу их применения. Сформировалась специальная отрасль электроники - микроэлектроника, решающая проблемы конструирования и производства электронных изделий на базе интегральной технологии.

В настоящее время стандартизованы количественные и качественные показатели сложности ИМС, характеризуемые числом содержащихся в них элементов.

В ГОСТ 17021-75 степень интеграции ИМС определена как показатель сложности, выражаемый формулой K=\g, К - коэффициент, округляемый до ближайшего большего целого числа, Л - число элементов, входящих в ИМС. В соответствии с этим пО числу содержащихся в корпусе ИМС элементов различают шесть, степеней интеграции: от 1 до 10* (перрая), от 10 до 1Сг (вторая) и т. д. В настоящее время уже существуют интегральные микросхемы шестой степени интеграции для цифровых униполярных ИМС.

По сложности ИМС подразделяются на малые, средние, большие и сверхбольшие интегральные микросхемы (МИС, СИС, БИС и СБИС) (табл. 1.1).

Интегральные микросхемы повышенного уровня интеграции (БИС, СБИС) имеют по сравнению с МИС значительно лучшие массогабаритные показатели, меньшую стоимость в расчете на один ФУ, а также другие преимущества, благодаря которым удается существенно улучшить основные технико-экономические характе-

Таблица 1.1

Малая интегральная (МИС) Средняя интегральная (СИС) Большая интегральная (БИС) Сверхбольшая интегральная (СБИС)

Биполярная

Биполярная, униполярная Биполярная, униполярная Биполярная, униполярная

1-30

31-100

101 - 300

Более 300

ристики РЭА. Во-первых, значительно уменьшается число соединений в аппаратуре из-за большей функциональной сложности caMfix микросхем. Так как контактные соединения являются одной из основных причин отказов микроэлектронной аппаратуры, то использование микросхем повышенной степени интеграции позволяет улучшить надежность аппаратуры на один-два порядка по сравнению с аппаратурой на микросхемах малой интеграции. Во-вторых, сокращается суммарная длина . соединительных линий между элементами, снижаются паразитные емкости нагрузок и» следовательно, повышается частотный диапазон аппаратуры. Создание аппаратуры, работающей в СВЧ диапазоне принципиально юзможно на базе микросхем повышенного уровня интеграции, в которых длину отдельных соединений можно довести до 1 см, снизич тем самым задержку распространения сигналов между элементами до 0,05...0,1 НС

Вместе с тем, микросхемы повышенного уровня интеграции обладают особенностями, осложняющими разработку аппаратуры на их основе, например, возрастание удельной рассеиваемой мощности при увеличении степени интефации требует специальных мер по обеспечению теплоот-вода, а при удельной мощности выше 2 Вт/см - принудительного охлаждения. Меньшая универсальность

микросхемы повышенной степени интеграции ограничивает объем их выпуска, а следовательно, увеличивает их стоимость. При повышении плотности упаковки усиливается электромагнитная связь между элементами, что приводит к снижению устойчивости работы устройства.

Существенно ограничивают создание полупроводниковых интегральных схем повышенной степени интеграции трудности, возникающие при изготовлении малых по размерам корпусов ИМС с большим количеством выводов.

Тем не менее повышение уровня интеграции микросхем является прогрессивным направлением, которое помогает улучшить функциональные и эксплуатационные показатели РЭА.

С помощью интегральной технологии можно изготовить большинство маломощных функциональных узлов РЭА в виде микросхем. Однако промышленное производство микросхем определенного типа целесообразно лишь при их массовом применении. При малом объеме сбыта затраты на разработку и подготовку производства значительно повысят стоимость ИМС, и их применение окажется нецелесообразным, что приводит к необходимости ограничения номенклатуры микросхем.

Следует отметить, что АИМС относятся к комплектующим изделиям, не имеющим самостоятельного назначения, а применяемым лишь в совокупности с другими изделиями как составные части более сложных и различных по назначению устройств. Поэтому диапазон требований к микросхемам со стороны потребителей весьма высок и их удовлетворение -непростая задача. Для эффективного решения этой задачи установлено плановое развитие номенклатуры микросхем и их стандартизация.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Интегральные микросхемы в зависимости от технологии изготовления

бывают полупроводниковыми, пленочными и гибридными.

В соответствии с ГОСТ 17021-75, полупроводниковыми ИМС называются такие, в которых все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности кристалла. Пленочными ИМС - в которых все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде пленок, проводящих и диэлектрических материалов. Существует два варианта Этих ИМС: тонкопленочные и толстопленочные. К первым относятся ИМС с толщиной пленок 1 мкм и менее, вторым - с толщиной пленок свыше 1 мкм. К гибридным относятся ИМС, содержащие кроме элементов интегрально выполненных в кристалле полупроводника, и отдельные компоненты, изготовленные самостоятельно (например, бескорпусной транзистор, керамический конденсатор и т. п.).

На практике одновременно с понятием БИС используется и понятие базовый комплект БИС - это минимальный состав совместимых по, конструктивному исполнению и электрическим параметрам БИС, обеспечивающих построение завершенной микроэлектронной аппаратуры.

Государственные стандарты определяют функциональную классификацию и типы ИМС, совокупность разрешенных значений основных параметров ИМС (параметрические ряды), габаритных и прйсоедийитель-ных размеров, типов и размеров кор-пусбв (размерные ряды). Функциональная классификация ИМС определена ГОСТ 18682 - 73.

Интегральные микросхемы по выполняемым функциям разбиты на подгруппы (усилители, генераторы, фильтры и т. д.). В каждой из них ИМС подразделены по виду, вьшолня-емой функции (усилители промежуточной частоты, фильтры низкой частоты, преобразователи фазы и т. д.). В соответствии с функциональной классификацией микросхемы им присваивают определенные наименования.

При выборе микросхем для аппаратуры конкретного назначения необходимо руководствоваться не только функциональным назначением микросхемы, но и значениями параметров, характеризующих свойства ИМС и режимы работы. Обычно указываются функциональные параметры ИМС, характеризующие ее возможности; параметры рабочего режима, определяющие совокупность условий, необходимых для правильного функционирования ИМС; предельно допустимые уровни воздействий окружающей среды, не нарушающие нормального функционирования ИМС в пределах гарантированного ресурса; конструктивные параметры, характеризующие габаритные и присоединительные размеры.

1.3. СИСТЕМА условных ОБОЗНАЧЕНИЙ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Разработка и изготовление аналоговых ИМС производится сериями. Каждая серия отличается степенью комплектности и содержит несколько микросхем, которые в свою очередь подразделяются на типономиналы. Серия состоит из совокупности ИМС, выполняющих различные функции, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения (ГОСТ 17021-75). Интегральная микросхема, имеющая конкретное функциональное назначение и условное обозначение, называется типоно-миналом.

Обозначение ИМС состоит из четырех элементов:

первый - цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе (1, 5, 6, 7 - полупроводниковые ИМС (цифра 7 присвоена бескорпусным полупроводниковым ИМС); 2, 4, 8 - гибридные ИМС; 3 - прочие ИМС);

второй - две-три цифры, обозначающие порядковый номер разработки;

третий - две буквы, определяющие функциональное назначение (подгруппу) и вид ИМС (табл. 1.2);

четвертый - одна или несколько цифр, обозначающих порядковый номер разработки ИМС в данной серии.

Иногда в конце условного обозначения добавляется буква, определяю*

Таблица 1.2

щая технологаческий разфос электрических параметров типономинала.

Для ИМС, используемых в устройствах широкого применения, в начале обозначения указывается буква К. Для характеристики материала и типа корпуса перед цифровым обозначением серии могут быть добавлены следующие буквы:

А - пластмассовый планарный корпус;

- ИС в бескорпусном варианте;

- металлополимерный корпус второго типа;

И - стеклокерамический плана

йый корпус; М - керамический, металлоке

мический и стеклокерами ский корпус второго типа; .» Р - пластмассовый корпус вто

типа;

Ф - миниатюрный пластмассов корпус.

Например, условное обозначен полупроводниковой ИМС широко применения в пластмассовом корпус предварительного усилителя записи воспроизведения в канале звука с п

ivi ,1.5

рядковым номером серии 1(Ю5, номером разработки в данной серии по функциональному признаку 1 и технологическим разбросом А будет таким: КР1(Ю5УН1А.

1.4. ТИПОВЫЕ КОРПУСА АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Корпус защищает элементы ИМС от влияния внешней среды, обеспечивает электрическую связь между элементами схемы и выводами, надежное механическое и эле;стрическое соединение с другими элементами радиоэлектронного блока, а также отвод тепла от кристалла ИМС.

Одновременно корпус- защищает кристалл ИМС от воздействия света, поглощает собственное излучение элементов схемы и служит экраном от внешних магнитных и , электрических полей.-

Наибольшее расйространедие получили пять видов конструктивно-технологического исполнения корпусов ИМС; металлостеклянные, металло-полимерные, металлокерамические, керамические, пластмассовые.

Корпуса характеризуются габаритными и присоединительными размерами, числом выводов и расположением их относительно плоскости основания корпуса (планарные и штыревые).

В соответствии с ГОСТ 17467 - 79 "Микросхемы интегральные. Основные размеры", применяются корпуса пяти типов (табл. 1.3). Конструкция и основные размеры корпусов приведены на рис. 1.1 - 1.6, где:

п - общее число выводов;

ПО - плоскость основания;

УП - установочная плоскость;

А - расстояние от УП до верхней точки ИМС;

Л у - расстояние между УП и плоскостью основания ИМС;

А2 - расстояние от ПО до верхней точки ИМС;

Е - ширина ИМС;

Д - длина ИМС;

- общая ширина ИМС;

L, Ljy, Ljr - длина вывода, пригодная для монтажа;

/ - шаг выводов.

Заштрихованные области, условно показанные со стороны основания, предназначены для размещения ключа ИМС, показывающего позицию" выюда после установки ИМС на плате.

Корпуса типа 1 подразделяются на четыре подтипа (см. рис. 1.1), отличающихся формой корпуса и порядком расположения выводов. Число выводов и основные размеры корпуса указаны в табл. 1.4.

корпуса

круглый в пределах и за пределами

проекции тела корпуса по окружности

прямоугольный за пределами проекции тела корпуса

прямоугольный в пределах проекции корпуса без выводов

перпендикулярное 1,25 под

углом 3607л

параллельное ,

1.25 или 0,625 1,25