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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模混合集成電路即為現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。
厚膜混合集成電路的工藝過程
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、日本田中等公司的導帶、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。
厚膜混合集成電路的材料
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。