Układy scalone. wstęp układy hybrydowe

Transkrypt

1 Układy scalone wstęp układy hybrydowe Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Układy scalone Układ scalony (ang. intergrated circuit, chip) to zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów elektronicznych, takich jak tranzystory, diody, rezystory, kondensatory połączonych w pewną całość funkcjonalną.

3 Układy scalone Zwykle układ scalony jest zamknięty w hermetycznej obudowie metalowej, ceramicznej lub wykonanej z tworzywa sztucznego.

4 Układy scalone Zalety scalania: duże upakowanie elementów funkcjonalnych w objętości (miniaturyzacja) duża niezawodność niska cena niskie czasy propagacji sygnału (duża częstotliwość pracy) małe zużycie energii

5 Podział układów scalonych ze względu na typ sygnału Analogowe Cyfrowe Mieszane

6 Podział układów scalonych ze względu na budowę Hybrydowe (grubowarstwowe oraz cienkowarstwowe) Monolityczne

7 Podział układów scalonych ze względu na stopień scalenia małej skali integracji (SSI small scale of integration) średniej skali integracji (MSI medium scale of integration) dużej skali integracji (LSI large scale of integration) wielkiej skali integracji (VLSI very large scale of integration) ultrawielkiej skali integracji (ULSI ultra large scale of integration)

8 Podział układów scalonych ze względu na stopień scalenia małej skali integracji (SSI small scale of integration) średniej skali integracji (MSI medium scale of integration) dużej skali integracji (LSI large scale of integration) wielkiej skali integracji (VLSI very large scale of integration) ultrawielkiej skali integracji (ULSI ultra large scale of integration)

9 Podział układów scalonych układy analogowe Układy analogowe są przystosowane do przetwarzania sygnałów (napięć lub prądów), których wartości zmieniają się w sposób ciągły w pewnym przedziale wartości.

10 Podział układów scalonych układy cyfrowe Roboczymi sygnałami układów cyfrowych są o dwa poziomy napięć (rzadziej prądów): wysoki (H-high) i niski (L-low).

11 Podział układów scalonych układy scalone monolityczne Układy monolityczne to układy scalone, w których wszystkie elementy, zarówno elementy czynne jak i bierne, wykonane są w monokrystalicznej strukturze półprzewodnika. Większość stosowanych obecnie układów scalonych jest wykonana w technologii monolitycznej.

12 Podział układów scalonych układy scalone monolityczne Ze względu na technologię podstawowych elementów: bipolarne PMOS NMOS CMOS Bi-CMOS (Bi-MOS)...

13 Podział układów scalonych hybrydowe układy scalone To płytki wykonane z izolatora z naniesionymi warstwami przewodnika oraz materiału rezystywnego, które tworzą układ połączeń elektrycznych oraz rezystory. Do tak utworzonych połączeń dołącza się indywidualne, miniaturowe elementy elektroniczne (w tym układy monolityczne).

14 Hybrydowe układy scalone

15 Podział układów scalonych grubowarstwowe hybrydowe układy scalone W hybrydowych układach grubowarstwowych rezystory i ścieżki przewodzące wykonywane są metodą sitodruku ze specjalnych past, które są następnie wypalane. Do nich lutowane są pozostałe elementy. Możliwe jest uzyskanie dużej dokładności wartości poszczególnych elementów.

16 Podział układów scalonych cienkowarstwowe hybrydowe układy scalone W hybrydowych układach cienkowarstwowych rezystory i ścieżki przewodzące wykonywane są metodą napylania próżniowego. Do nich lutowane są pozostałe elementy. Niekiedy pokrywa się warstwą metaliczną całą powierzchnię, a ścieżki wykonuje się metodami fotolitograficznymi.

17 Hybrydowe układy scalone Hybrydowe układy scalone są często używane w technice mikrofalowej.

18 Hybrydowe układy scalone Układy optoelektroniczne bywają również realizowane w technice hybrydowych układów scalonych.

19 Hybrydowe układy scalone Inną dziedziną zastosowań hybrydowe układów scalonych są urządzenia o dużej mocy.

20 Hybrydowe układy scalone Przykład hybrydowego wzmacniacza mocy o dopuszczalnej mocy strat 400W.

21 Hybrydowe układy scalone Przykład hybrydowego wzmacniacza mocy o dopuszczalnym napięciu pracy 450V.

22 Bibliografia Witold J. Stepowicz, Elementy półprzewodnikowe i układy scalone, Wydawnictwo PG, Gdańsk Michał Polowczyk, Eugeniusz Klugmann, Przyrządy półprzewodnikowe, Wydawnictwo PG, Gdańsk Ben G. Streetman, Przyrządy półprzewodnikowe. Podstawy fizyczne..., WNT Dodatkowe źródła ilustracji wykorzystanych w prezentacji: labs.com/