1. Подложки гис

К подложкам ГИС предъявляются следующие основные требования:

высокая механическая прочность при малой толщине

высокие объёмное и поверхностное удельное электрическое сопротивление и малый тангенс угла диэлектрических потерь

температурные коэффициенты линейного расширения подложки и плёнок

должны быть достаточно близки

химическая инертность к осаждаемым веществам и используемым в процессе

изготовления растворам

физическая и химическая стойкость при нагреве до высоких температур

незначительное газовыделение в вакууме

хорошая адгезия с осаждаемой плёнкой

хорошая теплопроводность

хорошая полируемость

низкая стоимость

В полной мере перечисленным требованиям не удовлетворяет ни одна подложка. Рассмотрим наиболее часто применяемые материалы подложек ГИС. Ситалл – продукт кристаллизации стекла с мелкими () кристаллитами. Посвоей структуре ситаллы занимают промежуточное положение между аморфными стёклами и керамикой. Ситаллы различных марок содержат оксиды кремния, титана, магния, бора др. Благодаря наличию мелкокристаллической фазы ситаллы примерно вдвое прочнее стёкол, они хорошо обрабатываются, полируются, выдерживаю большие перепады температур, обладают малой газопроницаемостью. Ситаллы широко используются при изготовлении подложек как тонкоплёночных, так и толстоплёночных ИМС.

Керамические подложки сравнительно дешевы, имеют хорошие электрические параметры, высокую теплопроводность, позволяющую изготавливать мощные схемы. Их недостатки — относительно низкая механическая прочность и трудности, связанные с полировкой — поверхность керамики после спекания всегда шероховатая.

Наиболее часто используются керамики на основе окиси алюминия. У керамических подложек на основе окиси бериллия (брокерит) теплопроводность на порядок лучше, но при получении и обработке бериллиевой керамики образуется токсичная пыль.

Подложки из кварца применяются для создания стабильных фильтров, генераторов и других активных элементов на основе пьезоэлектрических свойств кварца.

Металлические подложки – из сплавов на основе алюминия и титана, покрытых слоем диэлектрика, или эмалированные стальные. Обеспечивают хороший теплоотвод, высокую механическую прочность и жёсткость конструкции. Металлические подложки, как и керамические, могут являться элементом корпуса ИМС. Применяются также гибкие подложки из полимерных материалов. Перспективны подложки из сапфира, особенно для ВЧ и СВЧ микросхем. Сапфир – монокристаллическая окись алюминия. Отличается весьма малыми диэлектрическими потерями, высокой теплопроводностью, прочностью и устойчивостью, очень хорошо полируется, но обладает высокой стоимостью.

2. Элементы гис

Резисторы. На рисунках 1 и 2 приведены типичные конструкции плёночных резисторов. После изготовления номиналы резисторов могут быть подогнаны до нужной величины путём вырезания части резистивной плёнки лучом лазера.

Рис. 1.

Рис. 2.

Конденсаторы. Конструкции плёночных конденсаторов приведены на рисунках 3 и 4. При изготовлении конденсатора, показанного на рис.3, может возникнуть некоторое смещение обкладок, влияние которого на ёмкость конденсатора устраняет компенсатор, который располагают против вывода верхней обкладки. Действительно, при смещении верхней обкладки в направлении стрелки А площадь перекрытия под плёночным проводником увеличится, а под компенсатором – на столько же уменьшится. В результате общая площадь перекрытия, а, следовательно, и ёмкость конденсатора останутся без изменений. В гребенчатых конденсаторах ёмкость определяется диэлектрическим зазором между зубьями гребёнок. Гребенчатые конденсаторы имеют малую ёмкость.

Рис. 3.

Индуктивные элементы выполняют в виде плоских плёночных спиралей круглой или прямоугольной формы. Прямоугольная форма спирали предпочтительней как более технологичная и обеспечивающая более высокую интегральную плотность. Плёночные индуктивные элементы имеют индуктивность от 0,1 до 10 мкГн и добротность от 50 до 200.

Рис. 4.