13

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ФИЛИАЛ РОСТОВСКОГО ВОЕННОГО ИНСТИТУТА РАКЕТНЫХ ВОЙСК

Кафедра радиоэлектроники

«УТВЕРЖДАЮ»
НАЧАЛЬНИК КАФЕДРЫ №5						Экз.№
полковник		В. Никулин
			199 г.

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

Электронные, твердотельные приборы и микроэлектроника

для курсантов

2 –х курсов СВВИУС

Тема:

№ 11

Интегральные микросхемы

Лекция	№ 22	Большие интегральные микросхемы
				Обсуждено на заседании кафедры (ПМК)
								199 г.
				Протокол №

Ставрополь 1998 г.

Учебные и воспитательные цели:
Уяснить общую характеристику и классификацию БИС, общие принципы построения БИС.
Время ........................	90 мин.
Учебно-материальное обеспечение
ЛЭТИ Диафильм «Большие интегральные схемы»
Литература
Анашкин В.А., Колосов Л.В., Иванов Е.С. Элементная база РЭА. - Ставрополь: СВВИУС, 1993, стр. 557-564. Анашкин В.А., Колосов Л.В. Основы микроэлектроники. ч.I. - Ставрополь: СВВИУС, 1988, стр. 68-77. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника: Уч. пос. для приборостроит. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1987, стр. 210-256.
Распределение времени лекции
Вступительная часть ..................…………………..……....	5 мин.
Проверка готовности курсантов к лекции………………………….	5 мин.
Учебные вопросы лекции 1. Общая характеристика и классификация БИС………….……….	35 мин.
2. Принципы построения БИС…………………………………….	40
Заключение…………………………………….………….……..	3 мин
Задание курсантам для самостоятельной работы………….….…….	2 мин.

1. Общая характеристика и классификация бис

Совершенствование технологических процессов микроэлектроники, на­правленное на уменьшение геометрических размеров элементов и создание мно­гослойной разводки, увеличение размеров кристаллов до 1010 мм и плат до100100 мм, применение новых схемотехнических решений способствовали успешному развитию БИС и микросборок.

Существуют две разновидности БИС: полупроводниковые и гибридные.

Полупроводниковые БИС содержат на одном кристалле сложные функцио­нальные узлы.

Гибридные БИС представляют собой коммутационную плату с многослой­ной разводкой, на которой объединены различные элементы и компоненты, в том числе ИМС и БИС, изготовленные по различным технологиям. Это позволяет обеспечить реализацию широкой номенклатуры функциональных устройств циф­рового и аналогового назначения с большим диапазоном электрических парамет­ров.

Микросборка (МСБ) – разновидность гибридных БИС – это микроэлектрон­ное изделие типа гибридной БИС, выполняющее определенную функцию и со­стоящее из элементов, компонентов, ИМС, БИС, изделий функциональной мик­роэлектроники и других радиоэлементов в различных сочетаниях. По технологии изготовления микросборки не отличаются от гибридных БИС. Однако если гиб­ридные БИС представляют собой законченное изделие общего применения, то МСБ являются изделиями частного применения.

По мере совершенствования технологии микроэлектроники, с ростом сте­пени интеграции элементов на подложке функциональная сложность БИС непре­рывно возрастает, а выполняемые ими функции приближаются к аппаратным. В настоящее время на одной БИС выполняются малые вычислители, микропроцес­соры, запоминающие устройства, различные преобразователи и т. д.

Следовательно, с одной стороны, БИС можно рассматривать как ИМС, а с другой – как целое устройство. В связи с этим трудно добиться унификации БИС в отличие от цифровых ИМС первой и второй степеней интеграции. Кроме того, сам процесс проектирования БИС отличается от процесса проектирования ИМС с малой степенью интеграции. Разработка и проектирования БИС, как правило, должны быть связаны с проектированием системы в целом.

Основными параметрами, характеризующими конструктивно-технологиче­ские и схемотехнические особенности БИС, являются:

степень интеграции, количественно определяемая десятичным логарифмом от числа элементов, расположенных на подложке и образующих ИМС;

интегральная плотность – количество элементов, приходящихся на единицу площади, занимаемой ИМС;

функциональная плотность – количество преобразований с одной перемен­ной, приходящихся на единицу площади, занимаемой ИМС;

информационная плотность – среднее число элементов в БИС, приходя­щихся на преобразование одной переменной.

На рис. 1 представлен один из возможных подходов к классификации БИС.

Развитие техники проектирования и технологии производства полупровод­никовых ИМС позволило формировать на одном кристалле сложные устройства, содержащие десятки и сотни тысяч элементов, выполняющие функции обработки и управления сигналом.

Рис. 1. Классификация БИС

Однако при этом возникла противоречивая, чуть ли не парадоксальная си­туация: чем выше технологический уровень производства и чем выше искусство создания конструкций ИМС, тем более сложные в функциональном отношении микросхемы можно изготовить, тем более специализированными (менее универ­сальными) они становятся и тем большее количество (номенклатуру) их надо спроектировать и изготовить для создания микроэлектронной аппаратуры раз­личного назначения. При этом объемы производства каждой специализированной микросхемы, естественно, будут сравнительно небольшими. Если учесть, что только разработка такой микросхемы занимает несколько месяцев, а налаживание ее производства – годы, то ситуация может показаться безвыходной.

И, тем не менее, выход был найден. Даже два выхода.

Первый – построение микросхем на основе базового матричного кри­сталла (БМК), представляющего собой матрицу нескоммутированных (не со­единенных между собой) элементов, электрические связи между которыми фор­мируются на этапе формирования разводки. На основе одного БМК можно изго­товить сотни устройств.

Второй – создание микросхем, функции которых могут быть заданы подачей на их входы по определенной программе внешних электрических сиг­налов. В программируемых логических матрицах (ПЛМ) заданная схема форми­руется также на основе матрицы элементов. Однако в отличие от БМК соедине­ния можно не только создавать, но при необходимости и разрушать.

Изготовление микросхем на основе БМК и ПЛМ сулит большие выгоды в плане сокращения сроков изготовления, расширения их функционального разно­образия при сокращении затрат на проектирование и производство. Это один из основных путей ускорения разработок и выпуска современной микроэлектронной аппаратуры.