Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.3 Polovodiče a jejich využití Kapitola 30 Integrovaný obvod Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 INTEGROVANÝ OBVOD... 2 1.1 ROZDĚLENÍ INTEGROVANÝCH OBVODŮ... 2 1.2 MONOLITICKÉ INTEGROVANÉ OBVODY... 2 1.3 HYBRIDNÍ INTEGROVANÉ OBVODY... 3 1.4 VYUŽITÍ INTEGROVANÝCH OBVODŮ... 3 1.5 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál se zabývá popisem integrovaného obvodu. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními pojmy z oblasti polovodičové techniky. Po prostudování všech kapitol by měl student být schopen základní orientace v oblasti polovodičových součástek a jejich aplikací. 1
1 Integrovaný obvod Integrovaný obvod (zkratka IO) je moderní elektronická součástka. Jedná se o spojení (integraci) mnoha jednoduchých elektrických součástek, které společně tvoří elektrický obvod, který vykonává nějakou složitější funkci. 1.1 Rozdělení integrovaných obvodů 1. Monolitické, Hybridní 2. Analogové, Číslicové 3. Stupeň integrace a) Malá b) Střední c) Vysoká d) Velmi vysoká 4. Unipolární, Bipolární 5. Programovatelné, Neprogramovatelné 1.2 Monolitické integrované obvody V dnešní době převažují monolitické IO. Jejich jednotlivé součástky jsou vytvořeny na jediné polovodičové destičce, která je nejčastěji z křemíku. Tyto součástky jsou vzájemně spojeny pomocí difuze a epitaxe. Základem pro výrobu moderních monolitických IO je monokrystal z velmi čistého polovodiče (viz. Kap. 4). Monokrystal musí být velmi dokonalý, pokud možno prostý jakýchkoliv poruch v krystalové mřížce. Materiál pro jeho výrobu musí být předem velmi dokonale vyčištěn. V monolitických integrovaných obvodech jsou všechny potřebné prvky soustředěny na jediné destičce polovodiče (křemíku). Technologickým postupem jsou na této destičce současně vytvářeny nejen aktivní a pasivní prvky, ale i jejich vzájemné propojení. Zapouzdření takového obvodu probíhá tak, že se pouze propojí kontaktovací plošky na destičce s vývody pouzdra. Obrázek 1 - monolitický integrovaný obvod 2
1.3 Hybridní integrované obvody Hybridní integrované obvody se skládají z tenké keramické destičky, na kterou jsou naneseny vodivé spoje (metodou sítotisku) a přilepeny křemíkové destičky s diskrétními součástkami (rezistory, polovodiče. Případně mohou být na tutéž destičku přilepeny i další součástky jako například kondenzátory nebo cívky. Hodnoty odporu rezistorů lze na destičkách hybridních obvodů pomocí laseru velmi přesně doladit. Po vytvoření struktury obvodu se na povrch vakuově napaří tenká vrstvička kovu (nejčastěji hliníku). Ta se poté opět za pomoci masky odleptá, takže na určených místech destičky vzniknou hliníkové kontakty. Obrázek 2 - hybridní integrovaný obvod 1.4 Využití integrovaných obvodů Integrované obvody se využívají ve spotřební elektronice (navigace, mobilní telefon, počítač, digitální osciloskop, pračka, řídících jednotkách automobilů, letadla a další. Také nacházejí použití i v různých vědeckých zařízeních například v kosmických družicích atd. Obrázek 3 - plošný spoj mobilního telefonu s integrovanými obvody 1.5 Kontrolní otázky 1. Co je to integrovaný obvod? 2. Jak se dělí integrované obvody? 3. Co jsou to monolitické integrované obvody? 4. Co jsou to hybridní integrované obvody? 5. Jaké je využití integrovaných obvodů? 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 - MONOLITICKÝ INTEGROVANÝ OBVOD... 2 OBRÁZEK 2 - HYBRIDNÍ INTEGROVANÝ OBVOD... 3 OBRÁZEK 3 - PLOŠNÝ SPOJ MOBILNÍHO TELEFONU S INTEGROVANÝMI OBVODY... 3 6