摘要：介紹厚膜混合集成電路(HIC)的概念及電路的特點(diǎn),生產(chǎn)工藝的工序及過程,生產(chǎn)中所使用的各種材料。同時介紹了厚膜混合集成電路的應(yīng)用和發(fā)展方向?！　?

關(guān)鍵詞：集成電路(IC),厚膜混合集成電路(HIC)。

一、概述

集成電路是微電子技術(shù)的一個方面,也是它的一個發(fā)展階段。微電子技術(shù)主要是微小型電子元件器件組成的電子系統(tǒng)。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(dú)的基片之上（或之內(nèi)）形成無源網(wǎng)絡(luò)并互連有源器件,從而構(gòu)成的微型電子電路。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)、小型電子元器件及印制板組裝技術(shù)的進(jìn)步,電子技術(shù)在近年來取得了飛速發(fā)展。然而,過多的連線、焊點(diǎn)和接插件嚴(yán)重地阻礙了生產(chǎn)率和可靠性的進(jìn)一步提高。此外,工作頻率和工作速度的提高進(jìn)一步縮短信號在系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組裝工藝。

從上世紀(jì)六十年**始,厚膜混合集成電路就以其元件參數(shù)范圍廣、精度和穩(wěn)定度高、電路設(shè)計靈活性大、研制生產(chǎn)周期短、適合于多種小批量生產(chǎn)等特點(diǎn),與半導(dǎo)體集成電路相互補(bǔ)充、相互滲透,業(yè)已成為集成電路的一個重要組成部分,廣泛應(yīng)用于電控設(shè)備系統(tǒng)中,對電子設(shè)備的微型化起到了重要的推動作用。

雖然在數(shù)字電路方面,半導(dǎo)體集成電路充分發(fā)揮了小型化、高可靠性、適合大批量低成本生產(chǎn)的特點(diǎn),但是厚膜混合集成電路在許多方面,都保持著優(yōu)于半導(dǎo)體集成電路的地位和特點(diǎn)：

? 低噪聲電路

　　 ? 高穩(wěn)定性無源網(wǎng)絡(luò)

　　 ? 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(shù)電路混合

隨著半導(dǎo)體集成電路芯片規(guī)模的不斷增大,為大規(guī)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(shù)和先進(jìn)的組裝技術(shù)進(jìn)行混合集成,所制成的多功能大規(guī)?；旌霞呻娐芳礊楝F(xiàn)在和將來的發(fā)展方向。一塊大規(guī)模厚膜混合集成電路可以是一個子系統(tǒng),甚至是一個全系統(tǒng)。

二、工藝過程

厚膜混合集成電路通常是運(yùn)用印刷技術(shù)在陶瓷基片上印制圖形并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成無源網(wǎng)絡(luò)。制造工藝的工序包括：

? 電路圖形的平面化設(shè)計：邏輯設(shè)計、電路轉(zhuǎn)換、電路分割、布圖設(shè)計、平面元件設(shè)計、分立元件選擇、高頻下寄生效應(yīng)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(wǎng)板的制作：將平面化設(shè)計的圖形用顯影的方法制作在不銹鋼或尼龍絲網(wǎng)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(shí)驗室、日本田中等公司的導(dǎo)帶、介質(zhì)、電阻等漿料。

　　 ? 絲網(wǎng)印刷：使用印刷機(jī)將各種漿料通過制作好電路圖形的絲網(wǎng)印刷在基片上。

　　 ? 高溫?zé)Y(jié)：將印刷好的基片在高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié),使?jié){料與基片間形成良好的熔合和網(wǎng)絡(luò)互連,并使厚膜電阻的阻值穩(wěn)定。

　　 ? 激光調(diào)阻：使用厚膜激光調(diào)阻機(jī)將燒結(jié)好的電路基片上印刷厚膜電阻阻值修調(diào)到規(guī)定的要求。

　　? 表面貼裝：使用自動貼裝機(jī)將外貼的各種元器件和接插件組裝在電路基片上,并經(jīng)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(jìn)行各種功能和性能參數(shù)的測試。

　　 ? 電路封裝：將測試合格的電路按要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b。

　　 ?　成品測試：將封裝合格的電路進(jìn)行復(fù)測。

　　 ? 入庫：將復(fù)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(dǎo)熱系數(shù);有與其它材料相匹配的熱膨脹系數(shù);有良好的機(jī)械性能;高穩(wěn)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(wǎng)絡(luò)主要是在基片上將各種漿料通過印刷成圖形并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。使用的材料包括：導(dǎo)體漿料、介質(zhì)漿料和電阻漿料等。

厚膜導(dǎo)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(qū)、電阻器端頭材料、低阻值電阻器、厚膜微帶等作用。導(dǎo)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(yīng)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(jié)組份、有機(jī)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(zhì)漿料是為了實(shí)現(xiàn)厚膜外貼電容的厚膜化、步線導(dǎo)體的多層化以及厚膜電阻的性能參數(shù)不受外部環(huán)境影響而應(yīng)用的。包括電容介質(zhì)漿料、交叉與多層介質(zhì)漿料和包封介質(zhì)漿料。

四、應(yīng)用

隨著技術(shù)的發(fā)展,厚膜混合集成電路使用范圍日益擴(kuò)大,主要應(yīng)用于航天電子設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、電子計算機(jī)、通訊系統(tǒng)、汽車工業(yè)、音響設(shè)備、微波設(shè)備以及家用電器等。由此可見,厚膜混合集成電路業(yè)已滲透到許多工業(yè)部門。在歐洲,厚膜混合集成電路在計算機(jī)中的應(yīng)用占主要地位,然后才是遠(yuǎn)程通信、通訊、軍工與航空等部門。而在日本,消費(fèi)類電子產(chǎn)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(jī),其中以通訊所占的比例最高。

在彩電行業(yè),厚膜電路一般用作功率電路和高壓電路,包括開關(guān)穩(wěn)壓電源電路、視放電路、幀輸出電路、電壓設(shè)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(yè),厚膜混合集成電路由于其結(jié)構(gòu)和設(shè)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(diǎn),在機(jī)載通信、雷達(dá)、火力控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)以及衛(wèi)星和各類宇宙飛行器的通信、電視、雷達(dá)、遙感和遙測系統(tǒng)中獲得大量應(yīng)用。

在軍工行業(yè),厚膜電路一般用作高穩(wěn)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(yè),厚膜電路一般用作發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器、電子點(diǎn)火器和燃油噴射系統(tǒng)。

在計算機(jī)工業(yè),厚膜電路一般用于集成存儲器、數(shù)字處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電源電路、打印裝置中的熱印字頭等。

在通訊設(shè)備中,厚膜混合集成壓控振蕩器、模塊電源、精密網(wǎng)絡(luò)、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(zhuǎn)換器、自動增益控制器、光信號收發(fā)器、激光發(fā)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(jī)床數(shù)控行業(yè),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(fā)生器、信號變換器、濾波器、 IGBT 等功率驅(qū)動器、功率放大器、電源變換器等。

在其它領(lǐng)域,厚膜多層步線技術(shù)已成功用于數(shù)碼顯示管的譯碼、驅(qū)動電路,透明厚膜還用于冷陰極放電型、液晶型數(shù)碼顯示管的電極。

此外,厚膜技術(shù)在許多新興的與電子技術(shù)交叉的邊緣學(xué)科中也具有持續(xù)發(fā)展的潛力,有關(guān)門類有：磁學(xué)與超導(dǎo)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(fā)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(jìn)追逐著厚膜混合集成電路的發(fā)展。在變化迅速和競爭激烈的情況下,必須進(jìn)一步探索厚膜混合集成電路存在的問題與對應(yīng)采取的措施：

? 開發(fā)價廉質(zhì)優(yōu)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(huán)氧樹脂板等,賤金屬系漿料、樹脂漿料等,高溫穩(wěn)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(jié)構(gòu)器件（SOT),功率微型模壓管,大功率晶體管,各種半導(dǎo)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(diào)器件、 R 網(wǎng)絡(luò)、 C 網(wǎng)絡(luò)、 RC 網(wǎng)絡(luò)、二極管網(wǎng)絡(luò)、三極管網(wǎng)絡(luò)等。

　　 ? 開發(fā)應(yīng)用多層布線、高密度組裝和三維電路,向具有單元系統(tǒng)功能的大規(guī)模厚膜混合集成電路發(fā)展。

　　 ? 充分發(fā)揮厚膜混合集成電路的特長,繼續(xù)向多功能、大功率方向發(fā)展,并不斷改進(jìn)材料和工藝,進(jìn)一步提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性,降低生產(chǎn)成本,以增強(qiáng)厚膜混合集成電路的生命力和在電子產(chǎn)品市場的競爭能力。

　　 ? 在利用厚膜集成技術(shù)的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用表面組裝技術(shù)、薄膜集成技術(shù)、半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)和各種特殊加工技術(shù),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(shù)在厚膜混合集成電路設(shè)計和制造過程中的應(yīng)用,生產(chǎn)工藝逐步向機(jī)械化、半自動化、全自動化方向過渡,不斷提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本與改善厚膜混合集成電路的可靠性。