Integrierte Hybridschaltung - Hybrid integrated circuit

Nicht zu verwechseln mit integriertem Mixed-Signal-Schaltkreis .
Eine (orange-epoxy) gekapselte Hybridschaltung auf einer Leiterplatte .

Eine integrierte Hybridschaltung ( HIC ), Hybrid - Mikroschaltkreis , Hybridschaltung oder einfach Hybrid ist eine miniaturisierte elektronische Schaltung einzelner Geräte konstruiert, wie beispielsweise Halbleitervorrichtungen (beispielsweise Transistoren , Dioden oder monolithische ICs ) und passive Komponenten (zB Widerstände , Induktoren , Transformatoren , und Kondensatoren ), die an ein Substrat oder eine gedruckte Leiterplatte (PCB) gebondet sind . Eine PCB mit Komponenten auf einer gedruckten Leiterplatte (PWB) wird gemäß der Definition von MIL-PRF-38534 nicht als echte Hybridschaltung betrachtet .

Überblick

" Integrierte Schaltung ", wie der Begriff derzeit verwendet wird, bezieht sich auf einen monolithischen IC, der sich deutlich von einem HIC dadurch unterscheidet, dass ein HIC durch Verbinden einer Anzahl von Komponenten auf einem Substrat hergestellt wird, während die (monolithischen) Komponenten eines ICs in Reihe hergestellt werden von Schritten vollständig auf einem einzigen Wafer, der dann in Chips gewürfelt wird. Einige Hybridschaltungen können monolithische ICs enthalten, insbesondere Multi-Chip-Modul (MCM)-Hybridschaltungen.

Ein hybrider Operationsverstärker auf einem Keramiksubstrat mit lasergetrimmten Dickschichtwiderständen

Hybridschaltungen könnten in Epoxidharz vergossen werden , wie auf dem Foto gezeigt, oder bei Militär- und Raumfahrtanwendungen wurde ein Deckel auf das Gehäuse gelötet. Eine Hybridschaltung dient wie eine monolithische integrierte Schaltung als Bauteil auf einer Leiterplatte ; Der Unterschied zwischen den beiden Gerätetypen liegt in der Konstruktion und Herstellung. Der Vorteil von Hybridschaltungen besteht darin, dass Komponenten verwendet werden können, die nicht in einen monolithischen IC integriert werden können, zB Kondensatoren von großem Wert, gewickelte Komponenten, Kristalle, Induktivitäten. Bei Militär- und Raumfahrtanwendungen würden zahlreiche integrierte Schaltungen, Transistoren und Dioden in ihrer Chipform entweder auf einem Keramik- oder Berylliumsubstrat platziert. Entweder Gold- oder Aluminiumdraht würde von den Pads des IC, des Transistors oder der Diode an das Substrat gebondet.

Als Verbindungsmedium für integrierte Hybridschaltkreise wird häufig Dickschichttechnologie verwendet. Die Verwendung von Siebdruck-Dickfilm-Zwischenverbindungen bietet Vorteile der Vielseitigkeit gegenüber Dünnfilmen, obwohl die Strukturgrößen größer sein können und die aufgebrachten Widerstände eine größere Toleranz aufweisen. Mehrschichtiger Dickfilm ist eine Technik zur weiteren Verbesserung der Integration unter Verwendung eines siebgedruckten isolierenden Dielektrikums, um sicherzustellen, dass Verbindungen zwischen den Schichten nur dort hergestellt werden, wo es erforderlich ist. Ein entscheidender Vorteil für den Schaltungsdesigner ist die völlige Freiheit bei der Wahl des Widerstandswerts in der Dickschichttechnologie. Planarwiderstände werden auch im Siebdruckverfahren gedruckt und sind in das Dickschicht-Verbindungsdesign integriert. Die Zusammensetzung und Abmessungen der Widerstände können so gewählt werden, dass die gewünschten Werte erreicht werden. Der Endwiderstandswert ist konstruktionsbedingt und kann durch Lasertrimmung angepasst werden . Sobald die Hybridschaltung vollständig mit Komponenten bestückt ist, kann eine Feinabstimmung vor dem abschließenden Test durch aktives Lasertrimmen erreicht werden.

Eine Hybrid-Leiterplatte auf einem Keramiksubstrat mit lasergetrimmten Dickschichtkomponenten

In den 1960er Jahren wurde auch die Dünnschichttechnologie eingesetzt. Ultra Electronics stellte Schaltungen unter Verwendung eines Quarzglassubstrats her. Ein Tantalfilm wurde durch Sputtern abgeschieden, gefolgt von einer Goldschicht durch Aufdampfen. Die Goldschicht wurde zuerst nach dem Auftragen eines Photoresists geätzt, um lötkompatible Anschlusspads zu bilden. Widerstandsnetzwerke wurden ebenfalls durch einen Photoresist- und Ätzprozess gebildet. Diese wurden durch selektive Adonisierung der Folie hochpräzise getrimmt. Kondensatoren und Halbleiter wurden in Form von LID (Leadless Inverted Devices) auf die Oberfläche gelötet, indem das Substrat selektiv von der Unterseite erhitzt wurde. Fertige Schaltkreise wurden in ein Diallylphthalatharz eingegossen. Mehrere maßgeschneiderte passive Netzwerke wurden unter Verwendung dieser Techniken hergestellt, ebenso wie einige Verstärker und andere spezialisierte Schaltungen. Es wird angenommen, dass einige passive Netzwerke in den von Ultra Electronics für Concorde hergestellten Motorsteuergeräten verwendet wurden.

Einige moderne Hybridschaltungstechnologien, wie beispielsweise LTCC- Substrat-Hybride, ermöglichen das Einbetten von Komponenten in die Schichten eines mehrschichtigen Substrats zusätzlich zu Komponenten, die auf der Oberfläche des Substrats platziert sind. Diese Technologie erzeugt eine Schaltung, die bis zu einem gewissen Grad dreidimensional ist .

Schritte bei der Herstellung von Hybridwafern mit Solid Logic Technology, die Mitte der 1960er Jahre im IBM System/360 und anderen IBM-Computern verwendet wurden. Der Prozess beginnt mit einem leeren Keramikwafer 1/2 Zoll im Quadrat. Zuerst werden Schaltkreise gelegt, gefolgt von Widerstandsmaterial. Die Schaltungen werden metallisiert und die Widerstände auf den gewünschten Wert getrimmt. Dann werden diskrete Transistoren und Dioden hinzugefügt und das Gehäuse eingekapselt. Ausstellung im Museum für Computergeschichte.

Andere elektronische Hybride

In den frühen Tagen der Telefone wurden separate Module, die Transformatoren und Widerstände enthielten, Hybride oder Hybridspulen genannt ; sie wurden durch integrierte Halbleiterschaltungen ersetzt .

In den frühen Tagen der Transistoren wurde der Begriff Hybridschaltung verwendet, um Schaltungen mit Transistoren und Vakuumröhren zu beschreiben ; zB ein Audioverstärker mit Transistoren zur Spannungsverstärkung gefolgt von einer Vakuumröhren-Leistungsendstufe, da geeignete Leistungstransistoren nicht zur Verfügung standen. Diese Verwendung und die Geräte sind obsolet, jedoch werden immer noch Verstärker hergestellt, die eine Röhrenvorverstärkerstufe gekoppelt mit einer Halbleiterausgangsstufe verwenden, und werden in diesem Zusammenhang als Hybridverstärker bezeichnet .

Siehe auch

Verweise

Externe Links