منو
 کاربر Online
519 کاربر online
تاریخچه ی: روش ساخت مدار مجتمع

تفاوت با نگارش: 1

Lines: 1-43Lines: 1-43
 !دید کلی !دید کلی
 ممکن است تصور شود که ساخت مدارهای مجتمع ، شامل تعداد زیادی قطعه بهم متصل شده روی یک بستر __Si__ از جنبه فنی و اقتصادی مخاطره آمیز باشد، در حالی که روشهای نوین امکان انجام اینکار را بصورت مطمئن و نسبتا کم هزینه فراهم ساخته است. در بیشتر مواقع یک مدار کامل روی ((تراشه)) __Si__ را می‌توان بسیار ارزانتر و مطمئنتر از یک مدار مشابه با استفاده از قطعات مجزا تولید کرد. دلیل اصلی این امر امکان ساخت صدها مدار مشابه بطور همزمان روی پولک __Si__ است که این فرآیند تولید گروهی Batch Fabrication نامیده می‌شود. این مدارها که بطور کامل روی یک ((مواد نیم رسانا|تراشه نیم رسانا)) قرار می‌گیرند مدارهای یکپارچه نامیده می‌شوند.

واژه یکپارچه از لحاظ ادبی که به معنای __تک سنگی__ بوده و به مفهوم آن است که کل مدار در یک قطعه واحد از نیم رسانا جا داده شده است. مهمترین عنصر تکنولوژی __IC__ تراشه یکپارچه است که می‌تواند دارای هزاران یا میلیونها ((ترانزیستور)) منفرد باشد، این مدارها روی پولک __Si__ به قطر 6 یا 8 اینچ ساخته می‌شوند. پس این مدارها با استفاده از زدایش انتخابی ، برش یا خراش توسط ((الماس|تیغه الماسی)) یا ((لیزر)) و شکستن آن به مربعها یا مستطیلهای کوچک از مدارهای منفرد تفکیک می‌شود و پس از آن هر مدار روی یک بستر مناسب نصب شده و اتصال زنی و بسته بندی انجام می‌گیرد.
 ممکن است تصور شود که ساخت مدارهای مجتمع ، شامل تعداد زیادی قطعه بهم متصل شده روی یک بستر __Si__ از جنبه فنی و اقتصادی مخاطره آمیز باشد، در حالی که روشهای نوین امکان انجام اینکار را بصورت مطمئن و نسبتا کم هزینه فراهم ساخته است. در بیشتر مواقع یک مدار کامل روی ((تراشه)) __Si__ را می‌توان بسیار ارزانتر و مطمئنتر از یک مدار مشابه با استفاده از قطعات مجزا تولید کرد. دلیل اصلی این امر امکان ساخت صدها مدار مشابه بطور همزمان روی پولک __Si__ است که این فرآیند تولید گروهی Batch Fabrication نامیده می‌شود. این مدارها که بطور کامل روی یک ((مواد نیم رسانا|تراشه نیم رسانا)) قرار می‌گیرند مدارهای یکپارچه نامیده می‌شوند.

واژه یکپارچه از لحاظ ادبی که به معنای __تک سنگی__ بوده و به مفهوم آن است که کل مدار در یک قطعه واحد از نیم رسانا جا داده شده است. مهمترین عنصر تکنولوژی __IC__ تراشه یکپارچه است که می‌تواند دارای هزاران یا میلیونها ((ترانزیستور)) منفرد باشد، این مدارها روی پولک __Si__ به قطر 6 یا 8 اینچ ساخته می‌شوند. پس این مدارها با استفاده از زدایش انتخابی ، برش یا خراش توسط ((الماس|تیغه الماسی)) یا ((لیزر)) و شکستن آن به مربعها یا مستطیلهای کوچک از مدارهای منفرد تفکیک می‌شود و پس از آن هر مدار روی یک بستر مناسب نصب شده و اتصال زنی و بسته بندی انجام می‌گیرد.
 !فرآیند ساخت !فرآیند ساخت
 !!نقاب گذاری و آلایش انتخابی !!نقاب گذاری و آلایش انتخابی
 هدف از فرآیند ساخت ، آلایش انتخابی نواحی معین از نیم رسانا و اتصال مناسب عناصر بدست آمده بوسیله یک الگوی فلز کاری است. با منظور کردن مراحل اکسایش ، تعداد عملیات بکار رفته در ساخت یک مدار می‌تواند کاملا زیاد باشد به عنوان مثال ترانزیستور نفوذ داده شده را در نظر می‌گیریم، مراحل اساسی عبارتند از:

 هدف از فرآیند ساخت ، آلایش انتخابی نواحی معین از نیم رسانا و اتصال مناسب عناصر بدست آمده بوسیله یک الگوی فلز کاری است. با منظور کردن مراحل اکسایش ، تعداد عملیات بکار رفته در ساخت یک مدار می‌تواند کاملا زیاد باشد به عنوان مثال ترانزیستور نفوذ داده شده را در نظر می‌گیریم، مراحل اساسی عبارتند از:

 *رشد لایه اکسید اول *رشد لایه اکسید اول
 *بازکردن یک پنجره در __SiO2__ برای نفوذ بیس *بازکردن یک پنجره در __SiO2__ برای نفوذ بیس
 *انجام نفوذ بر *انجام نفوذ بر
 *رشد یک لایه اکسید دوم *رشد یک لایه اکسید دوم
 *باز کردن یک پنجره برای نفوذ امیتر *باز کردن یک پنجره برای نفوذ امیتر
 *انجام نفوذ فسفر *انجام نفوذ فسفر
 *رشد یک لایه اکسید سوم *رشد یک لایه اکسید سوم
 *باز کردن پنجره‌هایی برای اتصالات بیس و امیتر  *باز کردن پنجره‌هایی برای اتصالات بیس و امیتر
 *تبخیر __Al__ روی سطح *تبخیر __Al__ روی سطح
 *برداشتن __Al__ بجز در الگوهای فلز کاری مورد نظر

 *برداشتن __Al__ بجز در الگوهای فلز کاری مورد نظر

 در این مثال ساده دو مرحله اکسایش ، دو نفوذ و یک فلز کاری بکار رفته است. تعداد نقابهای لازم 4 عدد است، دو تا برای نفوذ ، یکی برای پنجره‌های اتصالات و یکی برای تعریف فلز کاری. برای مدارهای مجتمع مراحل خیلی بیشتر و در نتیجه نقابهای خیلی زیادی لازم است. نکته مهم کاهش ابعاد هر مدار و استفاده از پولکهای بزرگ به منظور افزایش تعداد قطعات قابل استفاده از تولید گروهی است. مفهوم این امر این است که نقابهای مختلف باید بسیار دقیق بوده و در طی هر مرحله ((لیتوگرافی نوری)) بخوبی همراستا شوند.

در حالت کلی یک نسخه دقیق از الگوی مورد نظر برای یکی از مراحل نقاب گذاری ، برای عضوی از آرایه مدارها تهیه می‌شود. این نسخه اولیه عکسبرداری شده و ابعاد آن کاهش می‌یابد. سپس یک دوربین با تکرار مرحله‌ای برای عکسبرداری از الگوی کوچک شده و انجام کوچک سازی نهایی مورد استفاده قرار گرفته و این روند را برای هر مستطیل در آرایه نهایی که می‌تواند دارای صدها الگوی مشابه باشد تکرار می‌کند. آرایه الگوی نهایی روی یک نقاب شیشه‌ای چاپ شده و این نقاب در مرحله لیتوگرافی روی پولک __Si__ قرار داده می‌شود.
 در این مثال ساده دو مرحله اکسایش ، دو نفوذ و یک فلز کاری بکار رفته است. تعداد نقابهای لازم 4 عدد است، دو تا برای نفوذ ، یکی برای پنجره‌های اتصالات و یکی برای تعریف فلز کاری. برای مدارهای مجتمع مراحل خیلی بیشتر و در نتیجه نقابهای خیلی زیادی لازم است. نکته مهم کاهش ابعاد هر مدار و استفاده از پولکهای بزرگ به منظور افزایش تعداد قطعات قابل استفاده از تولید گروهی است. مفهوم این امر این است که نقابهای مختلف باید بسیار دقیق بوده و در طی هر مرحله ((لیتوگرافی نوری)) بخوبی همراستا شوند.

در حالت کلی یک نسخه دقیق از الگوی مورد نظر برای یکی از مراحل نقاب گذاری ، برای عضوی از آرایه مدارها تهیه می‌شود. این نسخه اولیه عکسبرداری شده و ابعاد آن کاهش می‌یابد. سپس یک دوربین با تکرار مرحله‌ای برای عکسبرداری از الگوی کوچک شده و انجام کوچک سازی نهایی مورد استفاده قرار گرفته و این روند را برای هر مستطیل در آرایه نهایی که می‌تواند دارای صدها الگوی مشابه باشد تکرار می‌کند. آرایه الگوی نهایی روی یک نقاب شیشه‌ای چاپ شده و این نقاب در مرحله لیتوگرافی روی پولک __Si__ قرار داده می‌شود.
 !!لیتوگرافی خط - ریز Fine - Line Lithography !!لیتوگرافی خط - ریز Fine - Line Lithography
 تلاش در جهت جا دادن چگالی عملیاتی مدام در حال افزایش روی یک تراشه __Si__ اشتیاق شدیدی برای هر چه کوچکتر ساختن اجزاء مدار بوجود آورده است. شرایط بدعت و مصرف توان نیز طراحان را به استفاده از ابعاد کوچکتر متمایل می‌کند. لیتوگرافی نوری عامل محدود کننده فرآیند کاهش ابعاد است، اگر از ((اشعه فرابنفش|نور فرابنفش)) برای تاباندن به لایه حساس به نور از طریق یک نقاب استفاده شود. حداقل پهنای خطوط در نهایت به دلیل آثار تفرقی یا ((پراش نور|پراش)) به چند ((طول موج)) محدود می‌شود.

برای مثال برای یک ماوراء بنفش به طول موج 0.35 میکرو متر نباید انتظار داشت که پهنای خطوط کمتر از حدود 1 میکرو متر باشد. بدیهی است که برای ابعاد هندسی زیر میکرونی لازم است که طول موجهای کوتاهتر به لایه حساس نور تابانده شود. بنابه ((موج دوبروی|قضیه دوبروی)) که طول موج یک ذره بطور معکوس با ((ممان)) تغییر می‌کند پس برای دستیابی به طول موجهای کوتاهتر باید ذرات سنگینتر یا ((فوتون|فوتونهای پر انرژی)) در نظر گرفته شود. ((الکترون|لکترونها)) ، ((یون|یونها)) یا ((اشعه ایکس|پروتوهای ایکس)) بهترین مورد در این خصوص هستند.
 تلاش در جهت جا دادن چگالی عملیاتی مدام در حال افزایش روی یک تراشه __Si__ اشتیاق شدیدی برای هر چه کوچکتر ساختن اجزاء مدار بوجود آورده است. شرایط بدعت و مصرف توان نیز طراحان را به استفاده از ابعاد کوچکتر متمایل می‌کند. لیتوگرافی نوری عامل محدود کننده فرآیند کاهش ابعاد است، اگر از ((اشعه فرابنفش|نور فرابنفش)) برای تاباندن به لایه حساس به نور از طریق یک نقاب استفاده شود. حداقل پهنای خطوط در نهایت به دلیل آثار تفرقی یا ((پراش نور|پراش)) به چند ((طول موج)) محدود می‌شود.

برای مثال برای یک ماوراء بنفش به طول موج 0.35 میکرو متر نباید انتظار داشت که پهنای خطوط کمتر از حدود 1 میکرو متر باشد. بدیهی است که برای ابعاد هندسی زیر میکرونی لازم است که طول موجهای کوتاهتر به لایه حساس نور تابانده شود. بنابه ((موج دوبروی|قضیه دوبروی)) که طول موج یک ذره بطور معکوس با ((ممان)) تغییر می‌کند پس برای دستیابی به طول موجهای کوتاهتر باید ذرات سنگینتر یا ((فوتون|فوتونهای پر انرژی)) در نظر گرفته شود. ((الکترون|لکترونها)) ، ((یون|یونها)) یا ((اشعه ایکس|پروتوهای ایکس)) بهترین مورد در این خصوص هستند.
 !!عایق سازی Isolation !!عایق سازی Isolation
 یک مرحله مهم در فرآیند ساخت مدار مجتمع ایجاد عایق الکتریکی بین عناصر مدار است، اگر ترانزیستور دو قطبی روی یک تراشه ساخته می‌شود تمام نواحی کلکتور مشترک می‌بودند پس لازم است که بیشتر عناصر عایق سازی شده و سپس توسط الگوهای ((فلز کاری)) به یکدیگر متصل شوند. مثلا برای ((ترانزیستور نوع n|ترانزیستور n - p - n)) یک روش عایق سازی ، نفوذ الگویی از خندقهای نوع __p__ در یک لایه رونشستی نوع __n__ واقع در بستر از نوع __p__ است. بستر نوع __p__ پشتیبانی مکانیکی ساختار را بر عهده دارد و به همراه الگوی نفوذی نوع __p__ نواحی عایق شده برای ماده نوع __n__ را تعریف می‌کند.

چون هر قطعه را می‌توان در جزیره‌ای از نوع __n__ قرار داد، با نگه داشتن ماده بستر نوع __p__ در منفی‌ترین پتانسیل موجود در مدار ، عایق سازی خوبی بدست خواهد آمد. یک عیب این روش ظرفیت ذاتی موجود در پیوند نهایی عایق ساز __p - n__ است. ظرفیت ایجاد شده بین دیواره‌های جانبی ناحیه __n__ و پیوندهای نفوذ داده شده را می‌توان با استفاده از ترکیبهای مختلف عایق اکسیدی حذف کرد.

یک طرح عایق سازی که بویژه برای مدارهای با چگالی بالا مفید است در برگیرنده تشکیل چاله‌های نسبتا عمیق و پر کردن آن با ((پلی سیلیسیوم)) است. در این فرآیند یک لایه نیترید الگوسازی شده و به عنوان نقاب برای زدایش ناهمسانگرد سیلیسیوم به منظور تشکیل چاله بکار می‌رود. اکسایش داخل چاله تشکیل یک لایه عایق داده و بعد از آن با استفاده از روش نشست بخار شیمیایی چاله از پلی سیلیسیوم پر می‌شود.
 یک مرحله مهم در فرآیند ساخت مدار مجتمع ایجاد عایق الکتریکی بین عناصر مدار است، اگر ترانزیستور دو قطبی روی یک تراشه ساخته می‌شود تمام نواحی کلکتور مشترک می‌بودند پس لازم است که بیشتر عناصر عایق سازی شده و سپس توسط الگوهای ((فلز کاری)) به یکدیگر متصل شوند. مثلا برای ((ترانزیستور نوع n|ترانزیستور n - p - n)) یک روش عایق سازی ، نفوذ الگویی از خندقهای نوع __p__ در یک لایه رونشستی نوع __n__ واقع در بستر از نوع __p__ است. بستر نوع __p__ پشتیبانی مکانیکی ساختار را بر عهده دارد و به همراه الگوی نفوذی نوع __p__ نواحی عایق شده برای ماده نوع __n__ را تعریف می‌کند.

چون هر قطعه را می‌توان در جزیره‌ای از نوع __n__ قرار داد، با نگه داشتن ماده بستر نوع __p__ در منفی‌ترین پتانسیل موجود در مدار ، عایق سازی خوبی بدست خواهد آمد. یک عیب این روش ظرفیت ذاتی موجود در پیوند نهایی عایق ساز __p - n__ است. ظرفیت ایجاد شده بین دیواره‌های جانبی ناحیه __n__ و پیوندهای نفوذ داده شده را می‌توان با استفاده از ترکیبهای مختلف عایق اکسیدی حذف کرد.

یک طرح عایق سازی که بویژه برای مدارهای با چگالی بالا مفید است در برگیرنده تشکیل چاله‌های نسبتا عمیق و پر کردن آن با ((پلی سیلیسیوم)) است. در این فرآیند یک لایه نیترید الگوسازی شده و به عنوان نقاب برای زدایش ناهمسانگرد سیلیسیوم به منظور تشکیل چاله بکار می‌رود. اکسایش داخل چاله تشکیل یک لایه عایق داده و بعد از آن با استفاده از روش نشست بخار شیمیایی چاله از پلی سیلیسیوم پر می‌شود.
 !ساخت مقاومتها و خازنها بیرون از تراشه Si !ساخت مقاومتها و خازنها بیرون از تراشه Si
 !!فرآیند لایه ضخیم !!فرآیند لایه ضخیم
 مقاومتها و الگوهای اتصالات داخلی روی یک بستر سرامیکی به روش __سیلک اسکرین__ Silk Screen__ (نوعی سیستم چاپ که در آن روی چهار چوبی پارچه مخصوص توری کشیده می‌شود و طرح مورد نظر روی این پارچه پیاده می‌شود و با عبور رنگ در سوراخهای باز و بسته توری نقش دلخواه روی هر چه که بخواهیم چاپ می‌شوند) چاپ می‌شوند خمیرهای مقاومتی و هدایتی متشکل از پودرهای فلزی در شکل سازمان یافته روی بستر چاپ شده و در یک اجاق حرارت داده می‌شوند. مقاومتها و الگوهای اتصالات داخلی روی یک بستر سرامیکی به روش __سیلک اسکرین__ Silk Screen__ (نوعی سیستم چاپ که در آن روی چهار چوبی پارچه مخصوص توری کشیده می‌شود و طرح مورد نظر روی این پارچه پیاده می‌شود و با عبور رنگ در سوراخهای باز و بسته توری نقش دلخواه روی هر چه که بخواهیم چاپ می‌شوند) چاپ می‌شوند خمیرهای مقاومتی و هدایتی متشکل از پودرهای فلزی در شکل سازمان یافته روی بستر چاپ شده و در یک اجاق حرارت داده می‌شوند.
 !!فرآیند لایه نازک !!فرآیند لایه نازک
 از دقت و کوچک سازی بیشتری برخوردار بوده و عموما در جایی که فضا اهمیت دارد ترجیح داده می‌شود الگوهای اتصال بندی و مقاومتهای لایه نازک را می‌توان به روش ((خلا)) روی یک بستر سرامیکی شیشه‌ای یا لعابی نشاند. لایه‌های مقاومتی معمولا از جنس ((تانتالیوم)) یا سایر فلزات مقاومتی بوده و ((مواد رسانا|رساناها)) نیز غالبا ((آلومینیوم)) یا ((طلا)) هستند. از دقت و کوچک سازی بیشتری برخوردار بوده و عموما در جایی که فضا اهمیت دارد ترجیح داده می‌شود الگوهای اتصال بندی و مقاومتهای لایه نازک را می‌توان به روش ((خلا)) روی یک بستر سرامیکی شیشه‌ای یا لعابی نشاند. لایه‌های مقاومتی معمولا از جنس ((تانتالیوم)) یا سایر فلزات مقاومتی بوده و ((مواد رسانا|رساناها)) نیز غالبا ((آلومینیوم)) یا ((طلا)) هستند.
 !مزایای مدارات مجتمع !مزایای مدارات مجتمع
 *معایب ناشی از اتصال ((لحیم کاری)) شده در مدارهای با قطعات مجزا به میزان بسیار زیادی کاهش می‌یابد.

 *معایب ناشی از اتصال ((لحیم کاری)) شده در مدارهای با قطعات مجزا به میزان بسیار زیادی کاهش می‌یابد.

 *بسیاری از عملیات مداری را می‌توان در یک فضای کوچک جا داد، امکان بکار گیری تجهیزات الکترونیکی پیچیده در بسیاری از کاربردها که در آنها وزن و فضا اهمیت حیاتی دارد، نظیر وسایل نقلیه هوایی و فضایی وجود خواهد داشت.

 *بسیاری از عملیات مداری را می‌توان در یک فضای کوچک جا داد، امکان بکار گیری تجهیزات الکترونیکی پیچیده در بسیاری از کاربردها که در آنها وزن و فضا اهمیت حیاتی دارد، نظیر وسایل نقلیه هوایی و فضایی وجود خواهد داشت.

 *زمان پاسخ و سرعت انتقال سیگنال بین مدارها

 *زمان پاسخ و سرعت انتقال سیگنال بین مدارها

 *درصد قطعات مفید که در فرآیند تولید گروهی حاصل می‌شود، معمولا بر اثر وجود نقصهایی در پولک __Si__ یا در مراحل ساخت قطعات معیوب نیز بوجود می‌آید. *درصد قطعات مفید که در فرآیند تولید گروهی حاصل می‌شود، معمولا بر اثر وجود نقصهایی در پولک __Si__ یا در مراحل ساخت قطعات معیوب نیز بوجود می‌آید.
 !مباحث مرتبط با عنوان !مباحث مرتبط با عنوان
 *((اتصال p - n)) *((اتصال p - n))
 *((انواع بلور)) *((انواع بلور))
 *((ترانزیستور)) *((ترانزیستور))
 *((ترانزیستور نوع n)) *((ترانزیستور نوع n))
 *((تکنیک پایدار سازی مدار)) *((تکنیک پایدار سازی مدار))
 *((رسانش الکتریکی)) *((رسانش الکتریکی))
 *((فیزیک قطعات نیم رسانا)) *((فیزیک قطعات نیم رسانا))
 *((قطعات الکترونیکی)) *((قطعات الکترونیکی))
 *((مدار مجتمع)) *((مدار مجتمع))
 *((مدارهای الکترونیکی)) *((مدارهای الکترونیکی))
 *((مواد رسانا)) *((مواد رسانا))
- +*((فهرست پروژه های الکترونیک))

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 سه شنبه 04 بهمن 1384 [08:45 ]   2   جواد حمزه      جاری 
 دوشنبه 07 شهریور 1384 [10:35 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..