Všeobecně o hybridních integrovaných obvodech

Hybridní integrované obvody řadíme mezi mikroelektronické součástky. Vyrábějí se jednou ze dvou základních technologií: tlustovrstvovou a tenkovrstvovou. Tenkovrstvovou technologií je možno dosáhnout vyšších technických parametrů obvodových prvků, zatímco tlustovrstvové obvody jsou výrobně jednodušší a levnější. O tom, která technologie bude pro určitý hybridní integrovaný obvod použita, rozhoduje vývojový pracovník po rozboru všech požadavků kladených na obvod. V případě tlustovrstvové technologie jsou vodivé cesty, rezistory, a izolační prvky nanášeny ve formě pasty na keramickou destičku (substrát) sítotiskem. Vodivé cesty mohou být nanášeny ve více vrstvách oddělených od sebe skleněnou vrstvou s izolační funkcí. Tím lze podstatně zvýšit hustotu integrace. Pro zlepšení stability jsou rezistory překrývány vrstvou z nízkotavného smaltu a tak chráněny.

V některých případech se takovouto skleněnou vrstvou pokrývají celé obvody mimo míst pro vkládané prvky a plošek pro jejich připojení. Touto ochrannou vrstvou lze zvýšit spolehlivost obvodu. Tisk a tepelné zpracování tlustých vrstev se provádějí na velkoplošných keramických deskách a ty se po výpalu rozdělí na jednotlivé obvody zpravidla laserovým paprskem. Rezistory lze dostavovat na konečnou hodnotu buď laserovým paprskem nebo abrazivně korundovým prachem.

U obvodů vyráběných tenkovrstvovou technologií jsou výchozím polotovarem sklokeramické nebo jemnozrnné keramické desky na něž se vakuově nanášejí potřebné vrstvy: odporové, izolační a vodivá. Jako odporový materiál se používá buď chromnikl nebo sloučeniny tantalu. Vodivé cesty jsou buď zlaté nebo hliníkové. Fotolitograficky se pomocí selektivních leptadel vytvoří rezistory a soustava propojovacích cest. Stejně jako u tlustovrstvových obvodů se i v tomto případě rezistory a propojovací cesty zhotovují na velkoplošných deskách a ty se po fotolitografickém a tepelném zpracování rozdělují na jednotlivé obvody. Konečný odpor rezistorů se nastavuje elektroerozí nebo laserovým paprskem.

Polovodiče a kondenzátory se do obvodů v naprosté většině případů montují jako nepouzdřené čipy. K připojování polovodičových čipů slouží hliníkový nebo zlatý drát o průměru 20µm. Pro výrobu některých obvodů se již dnes používá technologie pájivé povrchové montáže (Surface Mount Technology - SMT), která v budoucnosti umožní nasazení automatických osazovacích a pájecích zařízení.

Na základnu hermetického kovového pouzdra jsou substráty obvodů přilepovány epoxidovým tmelem, a vývodní kolíky se propojují s obvodem na substrátu stejným drátem o malém průměru jako čipy. Víko hermetického pouzdra ke k základně buď přivařeno nebo připájeno. V případě fluidizovaných pouzder se drátové nebo páskové vývody k substrátu připájí. Výrobce HIO věnuje trvalou péči kvalitě a jejímu zvyšování. Z tohoto důvodu je do průběhu celého výrobního procesu zařazena řada kontrol jak funkčních tak vizuálních a má za úkol okamžitě vyřadit z výrobního zpracování vadný výrobek. Podobně příznivě působí i neustálé zvyšování úrovně technologického procesu, a to na samotnou technickou dokonalost HIO, na jakost i provozní spolehlivost.

rezistory

kondenzátory

kondenzátory a cívky

Do hybridních integrovaných obvodů mohou být montovány všechny prvky na bázi křemíku. Pro nepouzdřené systémy, které se používají v HIO v naprosté většině, však platí jiné technické podmínky než pro pouzdřené polovodičové součástky. Některé parametry totiž nelze na samotném čipu měřit. Doporučuje proto pracovníkům navrhující schéma hybridního obvodu, aby se seznámily s příslušnými technickými podmínkami vydávanými výrobci polovodičů a případně konzultovali možnost aplikace konkrétního polovodičového prvku v hybridním obvodu ve vývojovém pracovišti příslušného výrobce HIO.

Při konstrukci elektrických zařízení s HIO jsou pro konstruktéra závazná ustanovení technických podmínek TPF 03-5978/74 „Hybridní integrované obvody s pasivními prvky" a TPF 03-5992/74 „Hybridní integrované obvody". Je nutno dodržovat mezní elektrické hodnoty HIO (např. napětí, proudu, teploty přechodů polovodičových prvků, ztrátový výkon), které nesmějí být překročeny. Je nutno uvažovat vlivy teploty a jejich změn, toleranci použitých součástí a kolísání napájecího napětí nebo proudu. Rozmezí provozních teplot je shodné s příslušnou kategorií klimatické odolnosti.

Při montáži pájení je možné pájet vlnou o teplotě lázně 230°C ±10°C nebo pájedlem o teplotě hrotu 300°C při vzdálenosti pájeného místa min. 5mm od tělesa HIO a době pájení max. 4s.

Ve zvláštních případech (při zkrácení vývodů, apod.) je nutno zabezpečit HIO např. vhodným chlazením tak, aby teplota vývodů v místě jejich výstupu z tělesa byla max. 130°C. Páskové vývody u fluidizovaných obvodů nejsou určeny k ohýbání. Protože postupně všechny obvody budou vyráběny s páskovými vývody, doporučujeme konstruktérům, aby při návrhu plošného spoje dodržovali uspořádání přívodů k HIO v jedné přímce.

Nejpoužívanější způsoby pouzdření. Celkové rozměry obvodu jsou závislé na složitosti vnitřního zapojení a na počtu vývodů. Mimo nízkou cenu mají tato pouzdření ještě tu výhodu, že umožňují maximální využití plochy na desce plošných spojů.

Hermetická kovová pouzdra jsou určena pro náročné aplikace. Funkční obvody jsou umístěny v ochranné atmosféře inertního plynu. Vývody procházejí skleněnými izolačními průchodkami.