厚膜電路(HIC)技術(shù)基礎(chǔ)知識

1、厚膜電路(HIC)技術(shù)基礎(chǔ)知識隨著半導(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)六十年代開始，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，與半導(dǎo)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

2、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，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： 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)。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(shù)在陶瓷基片上印制圖形

3、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)板的整理：將平面化設(shè)計的圖形用顯影的方法整理在不銹鋼或尼龍絲網(wǎng)上。 電路基片及漿料的選擇：整理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(dǎo)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整理好電路圖形的絲網(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

4、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。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

5、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

6、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。厚膜混合集成電路的應(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、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

7、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，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，在機載通信、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

8、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)電機電壓調(diào)節(jié)器、電子點火器和燃油噴射系統(tǒng)。在計算機工業(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。

9、在儀器儀表及機床數(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。厚膜混合集成電路的發(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

10、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