Классификация интегральных микросхем по конструктивно-технологическим признакам

Различные виды интегральных микросхем (ИМС) являются основной элементной базой радиоэлектронной аппаратуры.

Интегральная микросхема – это конструктивно законченное микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования информации и обработки сигнала, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединённых элементов и компонентов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.д.), изготовленных в едином технологическом цикле, которое с точки зрения требований к испытаниям, приёмке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Микросхемы изготавливают групповым методом по материалосберигающей технологии, тиражирую одновременно в одной партии от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч микросхем.

По конструктивно-технологическим принципу интегральные микросхемы разделяют на три группы:

− полупроводниковые,

− гибридные и

− прочие (плёночные, вакуумные, керамические и т.д.)

Полупроводниковая ИМС – интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объёме и на поверхности полупроводниковой подложки.

Плёночная ИМС – интегральная микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде плёнок. В настоящее время методом пленочной технологии изготавливают только пассивные элементы – резисторы, конденсаторы и индуктивности. В зависимости от толщины пленки и способа создания элементов пленочные микросхемы делят на тонко– и толстопленочные.

К первому типу относятся микросхемы толщина пленки в которых не превышает 1 мкм, а толщина пленки в толстопленочной микросхеме составляет 10…70 мкм.

Гибридная ИМС – интегральная микросхема, содержащая кроме элементов компоненты и кристаллы:

в качестве активных элементов навесные дискретные полупроводниковые приборы или полупроводниковые интегральные микросхемы, а

в качестве пассивных элементов - пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности и соединяющие их пленочные проводники.

Классификация интегральных схем

Плёночные

Полупроводниковые

Дискретные пассивные элементы

Совмещенные

Монолитные

Гибридные

Гибридные схемы

Пассивные элементы

По функциональному назначению ИМС подразделяются на аналоговые и цифровые.

Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретных функций , то она называется цифровой (логической). К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. В частном случае аналоговые микросхемы для преобразования и обработки сигналов, изменяющегося линейно, называют линейными.

По функциональному назначению ИМС подразделяются на подгруппы и виды. Например: подгруппа – логические элементы Наиболее характерный признак подгруппы и вида включается в условное обозначение ИМС.

В зависимости от назначения производятся ИМС широкого применения, представляющие собой различные

− логические элементы , вид – элемент «И-ИЛИ»;

− подгруппа – триггеры, вид – типа j-K.

− переключатели,

− линейные схемы и

− т.д., обладающие определённой универсальностью, и

ИМС специального назначения, представляющие собой отдельные устройства РЭА и предназначенные для конкретных видов в РЭА

Условное обозначение ИМС состоит из четырех элементов: Х ХХХ ХХ Х

Первый элемент - цифра, соответствующая классификации по конструктивно-технологическим признакам: полупроводниковые-1, 5, 7; гибридные - 2, 4, 6; прочие (пленочные, керамические, вакуумные) - 3.

Второй элемент - две (три) цифры, присвоенные данной серии ИМС как порядковый номер разработки серии. Таким образом, первые два элемента в виде набора трех (четырех) цифр составляют полный номер серии ИМС.

Третий элемент - две буквы, обозначающие подгруппу и вид ИМС - функциональное назначение ИМС .

Четвертый элемент - порядковый номер разработки конкретной ИМС в данной серии, в которой может быть несколько одинаковых по функциональным признакам ИМС.

Первый и второй элементы вместе - серия ИМС.

Показатель сложности микросхемы является степень интеграции K, которая характеризует число содержащихся в ней элементов и компонентов N:

()

где ^ K округляется до ближайшего большего целого числа.

По степени интеграции микросхемы делятся на:

малые интегральные схемы (МИС) – это схемы 1…2 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов (логические элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, усилители, фильтры и т.д.);

средние интегральные схемы (СИС) – схемы 2…3 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств (регистр, дешифратор, счетчик, постоянно запоминающие устройство);

большие интегральные схемы (БИС) схемы 3…4 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько функциональных устройств (арифметико–логическое устройство, оперативное запоминающие устройство и т.д.)

сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – это интегральные схемы 5…7 степени интеграции, представляющие собой законченные микроэлектронные изделия, способные выполнять функции аппаратуры (однокристальные ЭВМ, микропроцессоры).

Табл. 1.Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции

Уровень интеграции	число элементов и компонентов в одной микросхеме
Цифровые микросхемы	Аналоговые микросхемы
на МДП транзисторах	на биполярных транзисторах
МИС	100£	100£	30£
СИС	100…1000	100…500	30…100
БИС	1000…10 000	500…2000	100…300
СБИС	10 000³	2000³	300³

Наибольшей степенью интеграции обладают

1. полупроводниковые микросхемы, затем
2. тонкопленочные и, наконец
3. толстопленочные и
4. гибридными.

Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции представлена в табл. 1.

Логические микросхемы на основе биполярных транзисторов по схемотехническому и конструктивно–технологическомуисполнению разделяют на типы:

– резистороно–транзисторная логика (РТЛ) и ее модификация (с непосредственной связью, с емкостной связью и т.д.);

– транзисторно–транзисторная логика (ТТЛ) и ее модификация ( ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ));

– эмиттерно–связанная логика (ЭСЛ);

– интегральная инжекционная логика (И²Л);

– инжекционно–полевая логика (ИПЛ).

Логические микросхемы на МДПтранзисторах подразделяются на:

– p–канальные (p–МДП);

– n–канальные (n–МДП);

– комплементарные на взаимодополняющих p– и n–канальных транзисторах (КМДП).

В настоящее время промышленность выпускает множество серий интегральных микросхем. Каждая из этих серий характеризуется следующими параметрами:

- быстродействие (задержка переключения);

- потребляемая мощность,

- произведение мощности на время задержки,

- запас помехоустойчивости,

- коэффициент разветвления по выходу,

- требования к напряжению питания,

- диапазон рабочих температур,

- плотность размещения элементов на кристалле,

- степень интеграции,

- стоимость и др.

Сведения об этих характеристиках приведены в табл. 2.

Табл. 2. Значение рабочих параметров элементов цифровых микросхем

Параметр	Биполярные	МДП
	ТТЛ	ТТЛШ	ЭСЛ	И2Л	p-МДП	n-МДП	КМДП
С°Диапазон рабочих температур для общепромышленных серий,	0…70	0…70	0…75	0…70	0…70	0…70	–40… 85
Напряжение питания для общепромышленных серий, В			–5,2	1,5	–10		3…15
Запас помехоустойчивости (наихудший), В	0,5	0,3	0,17	0,1	Зависит от процесса производства	0,3U
Коэффициент разветвления по выходу
Потребляемая мощность на логический элемент, мВт			25…50	50 мкВт	0,5	0,1…   1,0	50 нВт, статическая, зависит от частоты
Задержка переключения на логический элемент, нс			0,5… 2,0			1…10	10…50
Произведение мощность–задержка, пДж				0,5		0,7…	Зависит от частоты
Интегральная плотность логических элементов, мм2
Число ЭРЭ в логическом элементе на два выхода	9…12		10…12	3…4