Главная Промышленная автоматика.

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

Наименование

Структура

Число

элементов на

кристалле

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

Функциональное назначение (подгруппа)

Обозначение (функции)

Генераторы

гармонических сигналов

прямоугольных сигналов

линейно изменяющихся

сигналов

сигналов специальной формы ГФ

шума

прочие

Детекторы

амплитудные

импульсные

частотные

фаговые

прочие

Коммутаторы и ключи

тока

напряжения

прочие

Многофункциональные ИМС

аналоговые

цифровые

комбинированные.

цифровые

аналоговые матрицы

комбинированные (аналоговые и

цифровые) матрицы

прочие

Модуляторы

амплитудные

частотные

фазовые

импульсные

прочие



Фуикционалшое назначение

Обозначение

Функциональное назначение

Обозначение

(гоадгрушга)

(функции)

(подгруппа)

(функции)

Наборы элементов

Схемы задержки

диодов

пассивные

транмюторов

активные

БР БП

резисторов

, прочие

конденсаторов

коиинированные

функциональные

прочие

Схемы сравнения

амплитудные (уровня сигнала) СА

Преобразователи сигналов

временные частотные

длительности

компараторы

напряжения (тока)

прочие

мощности

уровня

Усилители

аналого-цифровые

, высокой частоты

цифроаналоговые

промежуточной частоты

синтезаторы частоты

низкой частоты

УН ?

делители частоты аналоговые ПК

широкополосные напряжения УК

умножители частоты

импульсных сигналов

аналоговые

повторители

код-код

считывания .и воспроизведения УЛ

прочие

индикации

Схемы источников втортпшого

постоянного тока .

электропитания

операционные

уд .

выпрямители

дифференциальные

преобразователи

прочие

стабилизаторы напряжения

непрерывные

стабилизаторы тока

Фильтры

стабилизаторы напряжения

верхних частот

импульсные

нижних частот

схехш управления импульсными

полосковые

стабилизаторами

режекторные

прочие

прочие

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.

Таблица 1.3

Корпус

Распатожение выводов

форма

на плоскости основания

относительно плоскости основания

Шаг. мм

1 прямоугмьный

2 прямоугольный

в пределах проекции тела корпуса

за предела\ш проекции тела

перпендикулярное перпендикулярное

2,5 2,5


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





[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

0.0041