Развитие радиоэлектроники, усложнение радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), повышение требований к ней привели к необходимости использования очень большого числа элементов для изготовления аппаратуры. В частности, особенно много их требовалось для электронно-вычислительных машин. Создание таких машин, да и многих других типов РЭА из дискретных элементов, т. е. элементов, представляющих собой самостоятельные изделия (диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы и др.), стадо практически невозможным. Подобные ЭВМ и другие сложные типы РЭА создаются в настоящее время на основе микроэлектроники – с применением интегральных микросхем, называемых короче просто интегральными схемами (ИС) или микросхемами.
Переход к микроэлектронике произошел постепенно. Сначала в РЭА на дискретных элементах стали применять вместо старого навесного (объемного)монтажа печатные схемы.Они представляли собой нанесенные на платы из диэлектрика соединительные провода в виде металлических пленок, к которым припаивались дискретные элементы.
Далее стали конструировать РЭА из модулей и микромодулей–смонтированных в миниатюрных корпусах устройств (усилители, генераторы, различные преобразователи и др.). Микромодули можно быстро заменять в случае отказа. Специально для таких микромодулей были разработаны миниатюрные диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы, катушки и другие элементы. В некоторых типах микромодулей использовались миниатюрные печатные схемы. Однако и микромодули не дали полного решения проблемы.
Огромный шаг вперед в создании сложнейших типов РЭА позволили сделать интегральные микросхемы. Интегральными они названы потому, что здесь все элементы или часть их и соединения между элементами нераздельно связаны и схема рассматривается как единое целое.
Основные типы микросхем – пленочные, в которых элементы и соединения выполняются в виде различных пленок (проводящие, резистивные и диэлектрические) на подложке из диэлектрика, и полупроводниковые, элементы которых выполнены внутри и на поверхности полупроводниковой подложки, называемой кристаллом. Применяются еще и так называемые гибридные микросхемы, у которых часть элементов дискретные. Эти элементы называются компонентами.
Главные достоинства ИС – малые размеры и масса, малая потребляемая мощность, высокая надежностьза счет уменьшения числа паяных соединений, высокое быстродействие, так как при очень коротких соединительных линиях между элементами время пробега сигналов по этим линиям уменьшается, относительно низкая стоимость.
Наряду с большими достоинствами ИС имеют и некоторые недостатки. Прежде всего они являются маломощными. Устройства повышенной мощности на ИС сделать пока весьма трудно. Трудности возникают также при создании больших емкостей и индуктивностей. Соединения между микросхемами делаются по старым принципам, занимают значительный объем и снижают надежность.
По числу элементов (степени интеграции) ИС подразделяются на несколько типов. ПростыеИС имеют не более 10 элементов. В среднихИС число элементов от 10 до 100. БольшиеИС, или БИС, имеют от 100 до 1000 элементов. И сверхбольшиеИС, или СБИС, насчитывают более 1000 элементов.
По характеру выполняемых функций ИС делятся на цифровые и аналоговые. Цифровые ИС (триггеры, шифраторы, компараторы и др.), применяемые главным образом в электронно-вычислительной технике, характерны тем, что они работают в импульсном режиме и могут находиться в одном из двух резко различных состояний – согласно используемой в современных ЭВМ двоичной системе счисления (только две цифры – нуль и единица). Аналоговые ИС работают в таких режимах, когда изменения токов и напряжений происходят непрерывно по тому или иному закону, например по синусоидальному. К аналоговым схемам относятся усилители, генераторы, различные преобразователи сигналов и др.
В БИС и СБИС при большом числе элементов применяются многослойные (многоуровневые) структуры с несколькими подложками, расположенными параллельно друг другу в несколько этажей. Если очень много элементов ИС размещено даже на одной подложке, то межэлементные соединения, называемые кратко межсоединениями, также располагаются на разных уровнях, разделяемых диэлектрическими пленками. Такая система межсоединений называется многоуровневой или многослойной разводкой.
