Гибридная интегральная схема ( ГИС ), гибридная микросхема , гибридная схема или просто гибрид — это миниатюрная электронная схема , состоящая из отдельных устройств, таких как полупроводниковые приборы (например, транзисторы , диоды или монолитные ИС ) и пассивные компоненты (например , резисторы , индукторы , трансформаторы и конденсаторы ), соединенные с подложкой или печатной платой (ПП). [1] Печатная плата, имеющая компоненты на печатной плате (ПП), не считается настоящей гибридной схемой в соответствии с определением MIL-PRF-38534 .
« Интегральная схема », как этот термин используется в настоящее время, обычно относится к монолитной ИС, которая существенно отличается от HIC тем, что HIC изготавливается путем соединения нескольких компонентов на подложке, тогда как компоненты ИС (монолитные) изготавливаются в ряд этапов полностью на одной пластине, которая затем разрезается на чипы. [2] Некоторые гибридные схемы могут содержать монолитные ИС, в частности, гибридные схемы с многокристальным модулем (MCM).
Гибридные схемы могут быть инкапсулированы в эпоксидную смолу , как показано на фотографии, или в военных и космических приложениях крышка припаивается к корпусу. Гибридная схема служит компонентом на печатной плате таким же образом, как и монолитная интегральная схема ; разница между двумя типами устройств заключается в том, как они сконструированы и изготовлены. Преимущество гибридных схем заключается в том, что могут использоваться компоненты, которые не могут быть включены в монолитную ИС, например, конденсаторы большой емкости, намотанные компоненты, кристаллы, индукторы. [3] В военных и космических приложениях многочисленные интегральные схемы, транзисторы и диоды в форме кристалла будут размещаться либо на керамической, либо на бериллиевой подложке. Золотая или алюминиевая проволока будет соединяться с контактными площадками ИС, транзистора или диода с подложкой.
Технология толстой пленки часто используется в качестве соединительной среды для гибридных интегральных схем. Использование толстопленочных соединений с трафаретной печатью обеспечивает преимущества универсальности по сравнению с тонкими пленками, хотя размеры элементов могут быть больше, а нанесенные резисторы — шире по допускам. Многослойная толстая пленка — это метод дальнейшего улучшения интеграции с использованием изолирующего диэлектрика с трафаретной печатью, чтобы гарантировать, что соединения между слоями выполняются только там, где это необходимо. Одним из ключевых преимуществ для разработчика схем является полная свобода в выборе значения резистора в технологии толстой пленки. Планарные резисторы также печатаются трафаретной печатью и включены в конструкцию толстопленочных соединений. Состав и размеры резисторов могут быть выбраны для обеспечения желаемых значений. Конечное значение резистора определяется конструкцией и может быть скорректировано с помощью лазерной подгонки . После того, как гибридная схема полностью заполнена компонентами, тонкая настройка перед окончательным испытанием может быть достигнута с помощью активной лазерной подгонки.
Технология тонких пленок также использовалась в 1960-х годах. Ultra Electronics изготавливала схемы с использованием подложки из кварцевого стекла. Пленка тантала наносилась методом напыления, а затем слой золота методом испарения. Сначала слой золота протравливался после нанесения фоторезиста для формирования контактных площадок, совместимых с припоем. Резистивные сети формировались также с помощью фоторезиста и процесса травления. Они обрезались с высокой точностью путем селективного адонирования пленки. Конденсаторы и полупроводники были в форме LID (инвертированных устройств без выводов), припаянных к поверхности путем селективного нагрева подложки с нижней стороны. Готовые схемы заливались диаллилфталатной смолой. С использованием этих технологий было изготовлено несколько индивидуальных пассивных сетей, а также некоторые усилители и другие специализированные схемы. Считается, что некоторые пассивные сети использовались в блоках управления двигателем, производимых Ultra Electronics для Concorde.
Некоторые современные технологии гибридных схем, такие как гибриды LTCC -субстрата, позволяют встраивать компоненты в слои многослойной подложки в дополнение к компонентам, размещенным на поверхности подложки. Эта технология создает схему, которая в некоторой степени является трехмерной .
Гибридные ИС особенно подходят для аналоговых сигналов. Они использовались в некоторых ранних цифровых компьютерах, но были заменены там монолитными ИС, которые предлагали более высокую производительность. [4] [5] [6]
На заре телефонии отдельные модули, содержащие трансформаторы и резисторы, назывались гибридами или гибридными катушками ; теперь их заменили полупроводниковые интегральные схемы .
На заре транзисторов термин гибридная схема использовался для описания схем с транзисторами и вакуумными лампами ; например, аудиоусилитель с транзисторами, используемыми для усиления напряжения, за которым следовал выходной каскад мощности вакуумной лампы, поскольку подходящих транзисторов мощности не было. Такое использование и устройства устарели, однако усилители, которые используют каскад предусилителя лампы в сочетании с твердотельным выходным каскадом, все еще производятся и называются гибридными усилителями в связи с этим.
Медиа, связанные с гибридными интегральными схемами на Wikimedia Commons