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(guò)程,生產(chǎn)中所使用的各種材料。同時(shí)介紹了厚膜混合集成電路的應用和發(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(gè)方面,也是它的一個(gè)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。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(wú)源網(wǎng)絡(luò )并互連有源器件,從而構成的微型電子電路。

隨著(zhù)半導體技術(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(lái)取得了飛速發(fā)展。然而,過(guò)多的連線(xiàn)、焊點(diǎn)和接插件嚴重地阻礙了生產(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內部的傳輸延遲時(shí)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**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(chǎn)周期短、適合于多種小批量生產(chǎn)等特點(diǎn),與半導體集成電路相互補充、相互滲透,業(yè)已成為集成電路的一個(gè)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(dòng)作用。

雖然在數字電路方面,半導體集成電路充分發(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(zhù)優(yōu)于半導體集成電路的地位和特點(diǎn)：

? 低噪聲電路

　　 ? 高穩定性無(wú)源網(wǎng)絡(luò )

　　 ? 高頻線(xiàn)性電路

　　 ? 高精度線(xiàn)性電路

　　 ? 微波電路

　　 ? 高壓電路

　　 ? 大功率電路

　　 ? 模數電路混合

隨著(zhù)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(xiàn)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?；旌霞呻娐芳礊楝F在和將來(lái)的發(fā)展方向。一塊大規模厚膜混合集成電路可以是一個(gè)子系統,甚至是一個(gè)全系統。

二、工藝過(guò)程

厚膜混合集成電路通常是運用印刷技術(shù)在陶瓷基片上印制圖形并經(jīng)高溫燒結形成無(wú)源網(wǎng)絡(luò )。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(wǎng)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(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帶、介質(zhì)、電阻等漿料。

　　 ? 絲網(wǎng)印刷：使用印刷機將各種漿料通過(guò)制作好電路圖形的絲網(wǎng)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(wǎng)絡(luò )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(dòng)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(jīng)再流焊爐完成焊接,包括焊接引出線(xiàn)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的測試。

　　 ? 電路封裝：將測試合格的電路按要求進(jìn)行適當的封裝。

　　 ?　成品測試：將封裝合格的電路進(jìn)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(zhù)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(jià)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(wú)源網(wǎng)絡(luò )主要是在基片上將各種漿料通過(guò)印刷成圖形并經(jīng)高溫燒結而成。使用的材料包括：導體漿料、介質(zhì)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(gè)重要組成部分,在電路中起有源器件的互連線(xiàn)、多層布線(xiàn)、電容器電極、外貼元器件的引線(xiàn)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(gè)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(zhì)漿料是為了實(shí)現厚膜外貼電容的厚膜化、步線(xiàn)導體的多層化以及厚膜電阻的性能參數不受外部環(huán)境影響而應用的。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、應用

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)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(chē)工業(yè)、音響設備、微波設備以及家用電器等。由此可見(jiàn),厚膜混合集成電路業(yè)已滲透到許多工業(yè)部門(mén)。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(mén)。而在日本,消費類(lèi)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,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(kāi)關(guān)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(yè),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(dòng)、抗輻射等特點(diǎn),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(lèi)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(yè),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(chē)行業(yè),厚膜電路一般用作發(fā)電機電壓調節器、電子點(diǎn)火器和燃油噴射系統。

在計算機工業(yè),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(wǎng)絡(luò )、有源濾波器、 衰減器、線(xiàn)路均衡器、旁音抑制器、話(huà)音放大器、高頻和中頻放大器、接口阻抗變換器、用戶(hù)接口電路、中繼接口電路、二 / 四線(xiàn)轉換器、自動(dòng)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。

在儀器儀表及機床數控行業(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 等功率驅動(dòng)器、功率放大器、電源變換器等。

在其它領(lǐng)域,厚膜多層步線(xiàn)技術(shù)已成功用于數碼顯示管的譯碼、驅動(dòng)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(shù)在許多新興的與電子技術(shù)交叉的邊緣學(xué)科中也具有持續發(fā)展的潛力,有關(guān)門(mén)類(lèi)有：磁學(xué)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(yáng)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(xiàn)路板的不斷改進(jìn)追逐著(zhù)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(wèn)題與對應采取的措施：

? 開(kāi)發(fā)價(jià)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(shù)脂板等,賤金屬系漿料、樹(shù)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(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(kāi)發(fā)應用多層布線(xiàn)、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(fā)展。

　　 ? 充分發(fā)揮厚膜混合集成電路的特長(cháng),繼續向多功能、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)品的穩定性和可靠性,降低生產(chǎn)成本,以增強厚膜混合集成電路的生命力和在電子產(chǎn)品市場(chǎng)的競爭能力。

　　 ? 在利用厚膜集成技術(shù)的基礎上,綜合運用表面組裝技術(shù)、薄膜集成技術(shù)、半導體微細加工技術(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計和制造過(guò)程中的應用,生產(chǎn)工藝逐步向機械化、半自動(dòng)化、全自動(dòng)化方向過(guò)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。