Евгений Айсберг - Радио и телевидение?.. Это очень просто!
Н. — На мой взгляд, это очень счастливое исключение.
Комментарий профессора Радиоля
ПЕЧАТНЫЕ И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
В наши дни во всей выпускаемой серийно электронной аппаратуре используют печатные платы, что сокращает затраты труда и стоимость монтажа. Кроме того, все шире используются методы микроэлектроники, основанные на применении интегральных схем. Какую роль играют печатные и интегральные схемы, как они устроены и как их производят — все это объясняет здесь профессор Радиоль.
Мои дорогие друзья! Знаете ли вы, что производство радиоприемников требует много монтажных работ? Еще недавно все соединения между различными компонентами выполнялись медным проводом, который для создания прочного контакта припаивали к нужным точкам схемы.
В настоящее время все соединения выполняют печатным способом. Серийное производство печатных схем обходится значительно дешевле. Кроме того, они обеспечивают более надежные контакты.
Способ изготовления печатных плат
Как изготовляют печатные платы в наши дни? Ты поймешь, Незнайкин, это совсем не сложно.
Печатные платы делают из пластинок из изоляционного материала, покрытых с одной стороны тонким слоем меди. Части поверхности этого проводящего слоя, которые будут служить соединительными проводниками, надлежит покрыть защитным лаком. Затем пластинку опускают в раствор кислоты, который стравливает незащищенные участки меди. Во всех точках, где должны быть соединения, сверлят отверстия. С другой стороны пластинки устанавливают компоненты, контактные выводы которых вставляют в соответствующие отверстия. Теперь остается лишь соединить пайкой эти выводы и находящиеся вокруг них участки меди. Все пайки выполняют одновременно — для этого покрытую медью сторону пластинки окунают в расплавленное олово.
Фото на службе электроники
Видишь, насколько это проще и дешевле, чем прокладка множества соединений монтажным проводом. Но ты, несомненно, спрашиваешь себя, каким образом покрывают защитным лаком те участки слоя меди, которые должны остаться, когда все остальное исчезнет под воздействием кислоты.
Ну так вот, здесь тоже прибегают к фотографическому методу. Сначала рисуют общую картину расположения соединительных проводников, которые должны быть на печатной схеме. Затем этот рисунок фотографируют и получают негатив на прозрачной пленке. Эту пленку накладывают на медную пластинку, предварительно покрытую светочувствительным слоем. Последний под воздействием света становится нерастворимым в кислоте, которая в обычных условиях легко его растворяет.
Проецируя сильный свет через негатив, делают нерастворимыми все участки светочувствительного слоя, которые соответствуют черным местам оригинального рисунка и которые на пленочном негативе вышли прозрачными.
Теперь, как ты догадываешься, остается опустить нашу пластинку в раствор, который растворит все участки слоя, не подвергшиеся воздействию света. После этой операции получим пластинку, все сохранившиеся участки медного слоя которой защищены противокислотным слоем. Другой растворитель позволяет легко удалить этот лак.
Вот, мой дорогой Незнайкин, как изготовляют печатные платы, которые освобождают нас от наибольшей части монтажных работ.
Устройство интегральных схем
После появления полупроводниковых приборов методы, разработанные для производства печатных плат, облегчили конструирование и изготовление интегральных схем. Но еще раньше, я надеюсь, что ты не забыл моих объяснений по этому вопросу, эти методы позволили наладить производство транзисторов по планарной технологии.
Что называют интегральной схемой? Это кусочек полупроводника, в котором создаются схемы, содержащие несколько активных и пассивных компонентов. То, что в полупроводнике создают такие компоненты, как транзисторы и диоды, тебя, конечно, не удивляет. Но то, что интегральная схема содержит также сопротивления, емкости, небольшие индуктивности и различные соединяющие их проводники, наверняка покажется тебе маловероятным. И тем не менее это так.
Но самое поразительное во всем этом — так называемая плотность компонентов, которая характеризует количество компонентов, содержащихся в интегральной схеме. Именно благодаря ей микроминиатюризация достигла поразительного прогресса. Знай, что в наши дни удалось получить интегральную схему величиной с булавочную головку и содержащую сотню транзисторов!!! Такие интегральные схемы используют в электронных вычислительных машинах.
Создание пассивных компонентов
Посмотрим, как изготовляют эти крохотные схемы. Как полупроводник превращают в транзисторы и диоды, ты уже знаешь. Но как создаются пассивные компоненты?
Для создания резисторов в массу полупроводника методом сплавления или диффузии вводят соответствующим образом дозированное количество примесей, благодаря чему участки определенной длины и сечения приобретают необходимое удельное электрическое сопротивление. Резисторы можно также сформировать, покрывая полупроводник тонким изолирующим слоем кварца и нанося поверх него резистивное вещество; для получения необходимой длины линии этого вещества ему часто придают самую причудливую форму.
Для создания конденсаторов полупроводник покрывают тонким слоем диэлектрика и поверх него наносят слой металла, образующего вторую обкладку. Небольшие емкости можно получить с помощью простых диодов, напряжения на которые подают в противоположном их проводимости направлении. При этом переход выполняет роль диэлектрика, разделяющего две обкладки конденсатора.
Труднее всего получить в интегральной схеме индуктивности. Однако удается сделать очень маленькие индуктивности, работающие на сверхвысоких частотах (СВЧ). Для этой цели на изолирующий слой кварца наносят металл в форме плоской спирали.
Изготовление БИС
Конечно, не во всех интегральных схемах микроминиатюризация достигла уровня, о котором я только что говорил. Имеются средние интегральные схемы. В них плотность размещения компонентов значительно ниже, чем в больших интегральных схемах (БИС). Последние могут содержать несколько тысяч компонентов.
Как удастся выполнять такие операции, как нанесение на заданные участки изолирующих или проводящих слоев, ввод методом вплавления или диффузии в некоторые участки полупроводника строго дозированных примесей? Как можно справиться с такой задачей, особенно при производстве БИС?
И в этом случае основную роль играет фотография. В самом деле, для каждой операции первоначально создается рисунок, изображающий форму поверхностей, которые должны подвергнуться той или иной обработке. Но эти рисунки в сотни или даже тысячи раз крупнее тех элементов, которые должны создаваться на полупроводнике. Затем рисунки фотографируют с большим уменьшением; в результате этой операции получают негативы на прозрачной пленке. Эти негативы, в свою очередь, с большим уменьшением проецируют на поверхность полупроводника, покрытую светочувствительным лаком.
Как ты мог убедиться, здесь прибегают к помощи тех самых фотографических процессов, которые используют в производстве печатных плат. Светочувствительный слой защищает те участки полупроводника, которые под воздействием света через негатив становятся нерастворимыми.
Самое удивительное то, что длина волны обычного света оказывается слишком большой для производства некоторых микроэлектронных схем. Самая короткая волна видимого света — у фиолетового цвета; она равна 380 нм (миллиардных долей метра). Это слишком много для изготовления некоторых БИС. В этом случае приходится брать на вооружение ультрафиолетовые лучи, волна которых значительно короче волны фиолетового света.
Наиболее сложно в процессе изготовления интегральных схем установить выводы для подключения их к другим устройствам. Для этого все точки интегральных схем, которые должны иметь внешние выводы, соединяют тонкими золотыми или алюминиевыми проволочками с контактами на корпусе, в который помещают всю интегральную схему. Эта операция очень тонкая, поэтому выполняют ее под микроскопом.
Причины микроминиатюризации
Дорогой Незнайкин, ты, должно быть, спрашиваешь себя, какие серьезные причины заставили исследователей придумать эти сложные процессы микроминиатюризации. Действительно ли требуется выиграть место, до такой степени снижая объем интегральных схем? Даже в карманном приемнике это не кажется столь необходимым.
