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硬件設計-厚膜電路
來源: | 作者:jxwsdcom | 發布時間: 2018-09-21 | 815 次瀏覽 | 分享到:
介紹厚膜混合集成電路(HIC)的概念及電路的特點,生產工藝的工序及過程,生產中所使用的各種材料。同時介紹了厚膜混合集成電路的應用和發展方向?! ?關鍵詞:集成電路(IC),厚膜混合集成電路(HIC)。
1、厚膜電路指的是電路的制造工藝,是指在陶瓷基片上采用部分半導體工藝集成分立元件、裸芯片、金屬連線等,一般其電阻是印刷在基片上,通過激光調節其阻值的一種電路封裝形式,阻值精度可達0.5%.一般用于微波和航天領域。

1)基板材料:96%氧化鋁或氧化鈹陶瓷
2)導體材料:銀、鈀、鉑等合金,最新也有銅
3)電阻漿料:一般為釕酸鹽系列
4)典型工藝:CAD#制版#印刷#烘干#燒結#電阻修正#引腳安裝#測試
5)名字來由:電阻和導體膜厚一般超過10微米,相對濺射等工藝所成電路的膜厚了一些,故稱厚膜。當然,現在的工藝印刷電阻的膜厚也有小于10微米的了。
2、厚膜混合集成電路(HIC)技術簡介
一、概述
集成電路是微電子技術的一個方面,也是它的一個發展階段。微電子技術主要是微小型電子元件器件組成的電子系統。集成電子則是為了完成電子電路功能,以特定的工藝在單獨的基片之上(或之內)形成無源網絡并互連有源器件,從而構成的微型電子電路。
隨著半導體技術、小型電子元器件及印制板組裝技術的進步,電子技術在近年來取得了飛速發展。然而,過多的連線、焊點和接插件嚴重地阻礙了生產率和可靠性的進一步提高。此外,工作頻率和工作速度的提高進一步縮短信號在系統內部的傳輸延遲時間。所以這些都要求從根本上改革電子系統的結構和組裝工藝。
從上世紀六十年代開始,厚膜混合集成電路就以其元件參數范圍廣、精度和穩定度高、電路設計靈活性大、研制生產周期短、適合于多種小批量生產等特點,與半導體集成電路相互補充、相互滲透,業已成為集成電路的一個重要組成部分,廣泛應用于電控設備系統中,對電子設備的微型化起到了重要的推動作用。
雖然在數字電路方面,半導體集成電路充分發揮了小型化、高可靠性、適合大批量低成本生產的特點,但是厚膜混合集成電路在許多方面,都保持著優于半導體集成電路的地位和特點:
    " 低噪聲電路
   " 高穩定性無源網絡
   " 高頻線性電路
   " 高精度線性電路
   " 微波電路
   " 高壓電路
   " 大功率電路
   " 模數電路混合
隨著半導體集成電路芯片規模的不斷增大,為大規模與厚膜混合集成電路提供了高密度與多功能的外貼元器件。利用厚膜多層布線技術和先進的組裝技術進行混合集成,所制成的多功能大規?;旌霞呻娐芳礊楝F在和將來的發展方向。一塊大規模厚膜混合集成電路可以是一個子系統,甚至是一個全系統。
二、工藝過程
厚膜混合集成電路通常是運用印刷技術在陶瓷基片上印制圖形并經高溫燒結形成無源網絡。制造工藝的工序包括:
" 電路圖形的平面化設計:邏輯設計、電路轉換、電路分割、布圖設計、平面元件設計、分立元件選擇、高頻下寄生效應的考慮、大功率下熱性能的考慮、小信號下噪聲的考慮。
" 印刷網板的制作:將平面化設計的圖形用顯影的方法制作在不銹鋼或尼龍絲網上。
" 電路基片及漿料的選擇:制作厚膜混合集成電路通常選擇 96% 的氧化鋁陶瓷基片(特殊電路可以選擇其它基片),漿料一般選擇美國杜邦公司、美國電子實驗室、***田中等公司的導帶、介質、電阻等漿料。
   " 絲網印刷:使用印刷機將各種漿料通過制作好電路圖形的絲網印刷在基片上。
   " 高溫燒結:將印刷好的基片在高溫燒結爐中燒結,使漿料與基片間形成良好的熔合和網絡互連,并使厚膜電阻的阻值穩定。
   " 激光調阻:使用厚膜激光調阻機將燒結好的電路基片上印刷厚膜電阻阻值修調到規定的要求。
  " 表面貼裝:使用自動貼裝機將外貼的各種元器件和接插件組裝在電路基片上,并經再流焊爐完成焊接,包括焊接引出線等。
   " 電路測試:將焊接完好的電路在測試臺上進行各種功能和性能參數的測試。
   " 電路封裝:將測試合格的電路按要求進行適當的封裝。
   " 成品測試:將封裝合格的電路進行復測。
   " 入庫:將復測合格的電路登記入庫。
三、 材料
在厚膜混合集成電路中,基片起著承載厚膜元件、互連、外貼元件和以及包封等作用,在大功率電路中,基片還有散熱的作用。厚膜電路對基片的要求包括:平整度、光潔度高;有良好的電氣性能;高的導熱系數;有與其它材料相匹配的熱膨脹系數;有良好的機械性能;高穩定度;良好的加工性能;價格便宜。通常厚膜電路選擇 96% 的氧化鋁陶瓷基片,如果需要散熱條件更好的基片則可選擇氧化鈹基片。
在厚膜混合集成電路中,無源網絡主要是在基片上將各種漿料通過印刷成圖形并經高溫燒結而成。使用的材料包括:導體漿料、介質漿料和電阻漿料等。
厚膜導體是厚膜混合集成電路中的一個重要組成部分,在電路中起有源器件的互連線、多層布線、電容器電極、外貼元器件的引線焊區、電阻器端頭材料、低阻值電阻器、厚膜微帶等作用。導體漿料中,通常的厚膜混合集成電路使用的是鈀銀材料,在部分軍品電路和高精度電路中使用的是金漿料,在部分要求不高的電路中使用的是銀漿料。
厚膜電阻漿料也是厚膜混合集成電路中的一個重要組成部分,用厚膜電阻漿料制成的厚膜電阻是應用最廣泛和最重要的元件之一。厚膜電阻漿料是由功能組份、粘結組份、有機載體和改性劑組成,一般選用美國杜邦公司的電阻漿料。
厚膜介質漿料是為了實現厚膜外貼電容的厚膜化、步線導體的多層化以及厚膜電阻的性能參數不受外部環境影響而應用的。包括電容介質漿料、交叉與多層介質漿料和包封介質漿料。
四、應用
隨著技術的發展,厚膜混合集成電路使用范圍日益擴大,主要應用于航天電子設備、衛星通信設備、電子計算機、通訊系統、汽車工業、音響設備、微波設備以及家用電器等。由此可見,厚膜混合集成電路業已滲透到許多工業部門。在歐洲,厚膜混合集成電路在計算機中的應用占主要地位,然后才是遠程通信、通訊、軍工與航空等部門。而在***,消費類電子產品大量采用厚膜混合集成電路。美國則主要用于宇航、通訊和計算機,其中以通訊所占的比例最高。
在彩電行業,厚膜電路一般用作功率電路和高壓電路,包括開關穩壓電源電路、視放電路、幀輸出電路、電壓設定電路、高壓限制電路、伴音電路和梳狀濾波器電路等。
在航空和宇航行業,厚膜混合集成電路由于其結構和設計的靈活性、小型化、輕量化、高可靠性、耐沖擊和振動、抗輻射等特點,在機載通信、雷達、火力控制系統、導彈制導系統以及衛星和各類宇宙飛行器的通信、電視、雷達、遙感和遙測系統中獲得大量應用。
在軍工行業,厚膜電路一般用作高穩定度、高精度、小體積的模塊電源,傳感器電路,前置放大電路,功率放大電路等。
在汽車行業,厚膜電路一般用作發電機電壓調節器、電子點火器和燃油噴射系統。
在計算機工業,厚膜電路一般用于集成存儲器、數字處理單元、數據轉換器、電源電路、打印裝置中的熱印字頭等。
在通訊設備中,厚膜混合集成壓控振蕩器、模塊電源、精密網絡、有源濾波器、衰減器、線路均衡器、旁音抑制器、話音放大器、高頻和中頻放大器、接口阻抗變換器、用戶接口電路、中繼接口電路、二 / 四線轉換器、自動增益控制器、光信號收發器、激光發生器、微波放大器、微波功率分配器、微波濾波器、寬帶微波檢波器等。
在儀器儀表及機床數控行業,厚膜混合集成電路一般用于各種傳感器接口電路、電荷放大器、小信號放大器、信號發生器、信號變換器、濾波器、 IGBT 等功率驅動器、功率放大器、電源變換器等。
在其它領域,厚膜多層步線技術已成功用于數碼顯示管的譯碼、驅動電路,透明厚膜還用于冷陰極放電型、液晶型數碼顯示管的電極。
此外,厚膜技術在許多新興的與電子技術交叉的邊緣學科中也具有持續發展的潛力,有關門類有:磁學與超導膜式器件、聲表面波器件、膜式敏感器件(熱敏、光敏、壓敏、氣敏、力敏)、膜式太陽能電池、集成光路等。
五、發展
目前,厚膜混合集成電路也受到巨大競爭威脅。印刷線路板的不斷改進追逐著厚膜混合集成電路的發展。在變化迅速和競爭激烈的情況下,必須進一步探索厚膜混合集成電路存在的問題與對應采取的措施:
" 開發價廉質優的各種新型基板材料、漿料與包封材料,如 SIC 基板、瓷釉基板、 G-10 環氧樹脂板等,賤金屬系漿料、樹脂漿料等,高溫穩定性良好的包裝材料與玻璃低溫包封材料等。
   " 采用各種新型片式元器件,如微型封裝結構器件(SOT),功率微型模壓管,大功率晶體管,各種半導體集成電路芯片,各種片式電阻器、電容器、電感器與各種片式可調器件、 R 網絡、 C 網絡、 RC 網絡、二極管網絡、三極管網絡等。
   " 開發應用多層布線、高密度組裝和三維電路,向具有單元系統功能的大規模厚膜混合集成電路發展。
   " 充分發揮厚膜混合集成電路的特長,繼續向多功能、大功率方向發展,并不斷改進材料和工藝,進一步提高產品的穩定性和可靠性,降低生產成本,以增強厚膜混合集成電路的生命力和在電子產品市場的競爭能力。
   " 在利用厚膜集成技術的基礎上,綜合運用表面組裝技術、薄膜集成技術、半導體微細加工技術和各種特殊加工技術,制備多品種、多功能、高性能、低成本的微型電路,如厚膜微片電路、厚薄膜混合集成電路、厚膜傳感器及其它各種新型電路等。
推廣 CAD、CAM與CAT 技術在厚膜混合集成電路設計和制造過程中的應用,生產工藝逐步向機械化、半自動化、全自動化方向過渡,不斷提高生產效率、降低生產成本與改善厚膜混合集成電路的可靠性。
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