厚膜集成电路知识

厚膜集成电路用丝网印刷和烧结等厚膜工艺在同一基片上制作无源网络，并在其上组装分立的半导体器件芯片或单片集成电路或微型元件，再外加封装而成的混合集成电路。厚膜混合集成电路是一种微型电子功能部件。1.特点和应用与薄膜混合集成电路相比，厚膜混合集成电路的特点是设计更为灵活、工艺简便、成本低廉，特别适宜于多品种小批量生产。在电性能上，它能耐受较高的电压、更大的功率和较大的电流。厚膜微波集成电路的工作频率可以达到4吉赫以上。它适用于各种电路，特别是消费类和工业类电子产品用的模拟电路。带厚膜网路的基片作为微型印制线路板已得到广泛的应用。2.主要工艺根据电路图先划分若干个功能部件图,然后用平面布图方法转化成基片上的平面电路布置图，再用照相制版方法制作出丝网印刷用的厚膜网路模板。厚膜混合集成电路最常用的基片是含量为96％和85％的氧化铝陶瓷；当要求导热性特别好时，则用氧化铍陶瓷。基片的最小厚度为0.25毫米，最经济的尺寸为35×35～50×50毫米。在基片上制造厚膜网路的主要工艺是印刷、烧结和调阻。常用的印刷方法是丝网印刷。丝网印刷的工艺过程是先把丝网固定在印刷机框架上，再将模版贴在丝网上；或者在丝网上涂感光胶，直接在上面制造模版,然后在网下放上基片,把厚膜浆料倒在丝网上，用刮板把浆料压入网孔,漏印在基片上,形成所需要的厚膜图形。常用丝网有不锈钢网和尼龙网，有时也用聚四氟乙烯网。在烧结过程中，有机粘合剂完全分解和挥发，固体粉料熔融，分解和化合，形成致密坚固的厚膜。厚膜的质量和性能与烧结过程和环境气氛密切相关，升温速度应当缓慢，以保证在玻璃流动以前有机物完全排除；烧结时间和峰值温度取决于所用浆料和膜层结构。为防止厚膜开裂，还应控制降温速度。常用的烧结炉是隧道窑。为使厚膜网路达到最佳性能，电阻烧成以后要进行调阻。常用调阻方法有喷砂、激光和电压脉冲调整等。3.厚膜材料厚膜是指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到数十微米的膜层。制造这种膜层的材料，称为厚膜材料。厚膜材料是一类涂料或浆料，由一种或几种固体微粒（0.2～10微米）均匀悬浮于载体中而形成。为了便于印刷成形，浆料必须具有合适的粘度和触变性（粘度随外力而改变的性质）。固体微粒是厚膜的组成部分，决定膜的性质和用途。载体在烧结过程中分解逸出。载体至少含有三种成分，树脂或聚合物粘合剂、溶剂和表面活化剂。粘合剂给浆料提供基本的流变特性；溶剂稀释树脂，随后挥发掉，以使印刷图样干涸；活化剂使固体微粒被载体浸润并适当分散于载体中。按厚膜的性质和用途,所用的浆料有五类:导体、电阻、介质、绝缘和包封浆料。导体浆料用来制造厚膜导体，在厚膜电路中形成互连线、多层布线、微带线、焊接区、厚膜电阻端头、厚膜电容极板和低阻值电阻。焊接区用来焊接或粘贴分立元件、器件和外引线，有时还用来焊接上金属盖，以实现整块基片的包封。厚膜导体的用途各异，尚无一种浆料能满足所有这些用途的要求，所以要用多种导体浆料。对导体浆料的共同要求是电导大、附着牢、抗老化、成本低、易焊接。常用的导体浆料中的金属成分是金或者金-铂、钯-金、钯-银、铂-银和钯-铜-银。在厚膜导体浆料中，除了粒度合适的金属粉或金属有机化合物外，还有粒度和形状都适宜的玻璃粉或金属氧化物，以及悬浮固体微粒的有机载体。玻璃可把金属粉牢固地粘结在基片上，形成厚膜导体。常用无碱玻璃，如硼硅铅玻璃。厚膜电阻是厚膜集成电路中发展最早、制造水平最高的一种厚膜元件，可以制造各种电阻。对厚膜电阻的主要要求是电阻率大、阻值温度系数小、稳定性好。与导体浆料相同,电阻浆料也有三种成分：导体、玻璃和载体。但是，它的导体通常不是金属元素，而是金属元素的化合物，或者是金属元素与其氧化物的复合物。常用的浆料有铂基、钌基和钯基电阻浆料。厚膜介质用来制造微型厚膜电容器。对它的基本要求是介电常数大、损耗角正切值小、绝缘电阻大、耐压高、稳定可靠。介质浆料是由低熔玻璃和陶瓷粉粒均匀地悬浮于有机载体中而制成的。常用的陶瓷是钡、锶、钙的钛酸盐陶瓷。改变玻璃和陶瓷的相对含量或者陶瓷的成分，可以得到具有各种性能的介质厚膜，以满足制造各种厚膜电容器的需要。厚膜绝缘用作多层布线和交叉线的绝缘层。对它的要求是绝缘电阻高、介电常数小，并且线膨胀系数能与其他膜层相匹配。在绝缘浆料中常用的固体粉粒是无碱玻璃和陶瓷粉粒。厚膜混合集成电路(HIC)技术厚膜混合集成电路(HIC)技术简介介绍厚膜混合集成电路(HIC)的概念及电路的特点，生产工艺的工序及过程，生产中所使用的各种材料。同时介绍了厚膜混合集成电路的应用和发展方向。?关键词：集成电路(IC),厚膜混合集成电路(HIC)。一。概述集成电路是微电子技术的一个方面，也是它的一个发展阶段。微电子技术主要是微小型电子元件器件组成的电子系统。集成电子则是为了完成电子电路功能，以特定的工艺在单独的基片之上(或之内)形成无源网络并互连有源器件，从而构成的微型电子电路。随着半导体技术。小型电子元器件及印制板组装技术的进步，电子技术在近年来取得了飞速发展。然而，过多的连线。焊点和接插件严重地阻碍了生产率和可靠性的进一步提高。此外，工作频率和工作速度的提高进一步缩短信号在系统内部的传输延迟时间。所以这些都要求从根本上改革电子系统的结构和组装工艺。从上世纪六十年代开始，厚膜混合集成电路就以其元件参数范围广。精度和稳定度高。电路设计灵活性大。研制生产周期短。适合于多种小批量生产等特点，与半导体集成电路相互补充。相互渗透，业已成为集成电路的一个重要组成部分，广泛应用于电控设备系统中，对电子设备的微型化起到了重要的推动作用。虽然在数字电路方面，半导体集成电路充分发挥了小型化。高可靠性。适合大批量低成本生产的特点，但是厚膜混合集成电路在许多方面，都保持着优于半导体集成电路的地位和特点：•低噪声电路•高稳定性无源网络•高频线性电路•高精度线性电路•微波电路•高压电路•大功率电路•模数电路混合随着半导体集成电路芯片规模的不断增大，为大规模与厚膜混合集成电路提供了高密度与多功能的外贴元器件。利用厚膜多层布线技术和先进的组装技术进行混合集成，所制成的多功能大规模混合集成电路即为现在和将来的发展方向。一块大规模厚膜混合集成电路可以是一个子系统，甚至是一个全系统。二。工艺过程厚膜混合集成电路通常是运用印刷技术在陶瓷基片上印制图形并经高温烧结形成无源网络。制造工艺的工序包括：•电路图形的平面化设计：逻辑设计。电路转换。电路分割。布图设计。平面元件设计。分立元件选择。高频下寄生效应的考虑。大功率下热性能的考虑。小信号下噪声的考虑。•印刷网板的制作：将平面化设计的图形用显影的方法制作在不锈钢或尼龙丝网上。•电路基片及浆料的选择：制作厚膜混合集成电路通常选择96%的氧化铝陶瓷基片(特殊电路可以选择其它基片),浆料一般选择美国杜邦公司。美国电子实验室。日本田中等公司的导带。介质。电阻等浆料。•丝网印刷：使用印刷机将各种浆料通过制作好电路图形的丝网印刷在基片上。•高温烧结：将印刷好的基片在高温烧结炉中烧结，使浆料与基片间形成良好的熔合和网络互连，并使厚膜电阻的阻值稳定。•激光调阻：使用厚膜激光调阻机将烧结好的电路基片上印刷厚膜电阻阻值修调到规定的要求。•表面贴装：使用自动贴装机将外贴的各种元器件和接插件组装在电路基片上，并经再流焊炉完成焊接，包括焊接引出线等。•电路测试：将焊接完好的电路在测试台上进行各种功能和性能参数的测试。•电路封装：将测试合格的电路按要求进行适当的封装。•成品测试：将封装合格的电路进行复测。•入库：将复测合格的电路登记入库。三。材料在厚膜混合集成电路中，基片起着承载厚膜元件。互连。外贴元件和以及包封等作用，在大功率电路中，基片还有散热的作用。厚膜电路对基片的要求包括：平整度。光洁度高；有良好的电气性能；高的导热系数；有与其它材料相匹配的热膨胀系数；有良好的机械性能；高稳定度；良好的加工性能；价格便宜。通常厚膜电路选择96%的氧化铝陶瓷基片，如果需要散热条件更好的基片则可选择氧化铍基片。在厚膜混合集成电路中，无源网络主要是在基片上将各种浆料通过印刷成图形并经高温烧结而成。使用的材料包括：导体浆料。介质浆料和电阻浆料等。厚膜导体是厚膜混合集成电路中的一个重要组成部分，在电路中起有源器件的互连线。多层布线。电容器电极。外贴元器件的引线焊区。电阻器端头材料。低阻值电阻器。厚膜微带等作用。导体浆料中，通常的厚膜混合集成电路使用的是钯银材料，在部分军品电路和高精度电路中使用的是金浆料，在部分要求不高的电路中使用的是银浆料。厚膜电阻浆料也是厚膜混合集成电路中的一个重要组成部分，用厚膜电阻浆料制成的厚膜电阻是应用最广泛和最重要的元件之一。厚膜电阻浆料是由功能组份。粘结组份。有机载体和改性剂组成，一般选用美国杜邦公司的电阻浆料。厚膜介质浆料是为了实现厚膜外贴电容的厚膜化。步线导体的多层化以及厚膜电阻的性能参数不受外部环境影响而应用的。包括电容介质浆料。交叉与多层介质浆料和包封介质浆料。四。应用随着技术的发展，厚膜混合集成电路使用范围日益扩大，主要应用于航天电子设备。卫星通信设备。电子计算机。通讯系统。汽车工业。音响设备。微波设备以及家用电器等。由此可见，厚膜混合集成电路业已渗透到许多工业部门。在欧洲，厚膜混合集成电路在计算机中的应用占主要地位，然后才是远程通信。通讯。军工与航空等部门。而在日本，消费类电子产品大量采用厚膜混合集成电路。美国则主要用于宇航。通讯和计算机，其中以通讯所占的比例最高。在彩电行业，厚膜电路一般用作功率电路和高压电路，包括开关稳压电源电路。视放电路。帧输出电路。电压设定电路。高压限制电路。伴音电路和梳状滤波器电路等。在航空和宇航行业，厚膜混合集成电路由于其结构和设计的灵活性。小型化。轻量化。高可靠性。耐冲击和振动。抗辐射等特点，在机载通信。雷达。火力控制系统。导弹制导系统以及卫星和各类宇宙飞行器的通信。电视。雷达。遥感和遥测系统中获得大量应用。在军工行业，厚膜电路一般用作高稳定度。高精度。小体积的模块电源，传感器电路，前置放大电路，功率放大电路等。在汽车行业，厚膜电路一般用作发电机电压调节器。电子点火器和燃油喷射系统。在计算机工业，厚膜电路一般用于集成存储器。数字处理单元。数据转换器。电源电路。打印装置中的热印字头等。在通讯设备中，厚膜混合集成压控振荡器。模块电源。精密网络。有源滤波器。衰减器。线路均衡器。旁音抑制器。话音放大器。高频和中频放大器。接口阻抗变换器。用户接口电路。中继接口电路。二/四线转换器。自动增益控制器。光信号收发器。激光发生器。微波放大器。微波功率分配器。微波滤波器。宽带微波检波器等。在仪器仪表及机床数控行业，厚膜混合集成电路一般用于各种传感器接口电路。电荷放大器。小信号放大器。信号发生器。信号变换器。滤波器。IGBT等功率驱动器。功率放大器。电源变换器等。在其它领域，厚膜多层步线技术已成功用于数码显示管的译码。驱动电路，透明厚膜还用于冷阴极放电型。液晶型数码显示管的电极。此外，厚膜技术在许多新兴的与电子技术交叉的边缘学科中也具有持续发展的潜力，有关门类有：磁学与超导膜式器件。声表面波器件。膜式敏感器件(热敏。光敏。压敏。气敏。力敏).膜式太阳能电池。集成光路等。五。发展目前，厚膜混合集成电路也受到巨大竞争威胁。印刷线路板的不断改进追逐着厚膜混合集成电路的发展。在变化迅速和竞争激烈的情况下，必须进一步探索厚膜混合集成电路存在的问题与对应采取的措施：•开发价廉质优的各种新型基板材料。浆料与包封材料，如SIC基板。瓷釉基板。G-10环氧树脂板等，贱金属系浆料。树脂浆料等，高温稳定性良好的包装材料与玻璃低温包封材料等。•采用各种新型片式元器件，如微型封装结构器件(SOT),功率微型模压管，大功率晶体管，各种半导体集成电路芯片，各种片式电阻器。电容器。电感器与各种片式可调器件。R网络。C网络。RC网络。二极管网络。三极管网络等。•开发应用多层布线。高密度组装和三维电路，向具有单元系统功能的大规模厚膜混合集成电路发展。•充分发挥厚膜混合集成电路的特长，继续向多功能。大功率方向发展