混合集成电路

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混合集成电路(Hybrid Integrated Circuit,HIC)

目录

什么是混合集成电路[1]

  混合集成电路是半导体集成电路外围元件的再集成,或称二次集成。它是由半导体集成工艺与厚(薄)膜工艺结合而制成的集成电路,与半导体集成电路一样,它也是实现电子装备微型化的主要途径之一。

  混合集成电路包括厚膜混合集成电路、薄膜混合集成电路和薄、厚膜混合集成电路。厚膜混合集成电路是以绝缘基片(一般为陶瓷)作为电路的基板,先把导体网络及阻、容等元件采用丝网漏印、等离子喷涂等工艺印于基板表面,再使用WB、TAB、FCB和再流焊等工艺,把其他元器件(如集成电路、传感器、其他功能元件等)组装在陶瓷基板上,再连接输出引脚,最后作整体封装,形成一个功能完整的电路产品。通称为厚膜集成电路或直接称为厚膜。薄膜混合集成电路是采用真空蒸镀、溅射、光刻等基本工艺的薄膜技术,将组成电路的电子元件以膜的形式制作在绝缘基片上形成的电路产品。

混合集成电路的分类[2]

  1.按功能分类

  混合集成电路技术以其设计生产灵活、集成度高、质量可靠的优势,弥补了单片半导体IC的不足,通过各种电子技术的混合集成应用,实现了高功率、高可靠、高稳定的混合集成电路,为电子装备小型化、多功能化、高性能化和高可靠性提供了一条不可缺少的技术途径。军用混合集成电路的主要使用范同内,按用途功能分类可分为7大类:混合集成放大器(前置、脉冲、高频放大器等)、电源组件(DC/DC、AC/DC变换器,EMI滤波器等)、功率组件(功率放大器、马达伺服电路、功率振荡器等)、数/模、模/数转换器(A/C、D/A转换器)、轴角一数字转换器(同步机一数字转换器/分解器,双数转换器等)、信号处理电路(采样保持电路,调制解调电路等)和微波电路(10MHz以上)。

  图1和图2为典型的厚膜混合集成电路产品。

  Image:厚膜混合集成电路产品.jpg

  2.按工艺结构分类

  传统的混合集成电路,以基片表面的厚膜导带、薄膜导带工艺分类,分为厚膜混合集成电路和薄膜混合集成电路两大类(图3);某些小型的印制电路板(PCB)电路,由于印制电路是以膜的形式在平整板表面形成导电图形,亦归类为混合集成电路。随着MCM组件这一先进混合集成电路的出现,其基板特有的多层布线结构和通孑L工艺技术,已使MCM组件成为}昆合集成电路中一种高密度互连结构的代名词(图4),MCM所采用的基板又包括薄膜多层、厚膜多层、高温共烧、低温共烧、硅基、PCB多层基板等。因此从混合集成电路布线的工艺技术特点分类,混合集成电路可分为厚膜混合集成电路、薄膜混合集成电路和多芯片组件。

  Image:厚/薄膜HIC结构示意图.jpg

  3.按质量等级分类

  为了适应军用、民用不同使用场合对产品可靠性的要求,各类标准对混合集成电路在生产、试验、筛选过程中制定了不同等级的质量控制水平,对应各自的质量等级(即质量保证等级),反映用户所能得到的电路符合规范要求的保证程度。不同的质量等级,代表着相同功月bⅡYJ。153。在同样的工作和使用环境条件下,具有不同失效率水平,可以根据使用需要选择相应质量等级的产品

  混合集成电路的标准化质量等级,分为军用标准规定的质量等级和工业标准规定的质量等级或评定水平,其等级要求是产品研制、生产和使用的重要依据,也是产品失效分析中确定质量问题还是使用不当问题的重要参考依据。

混合集成电路的功能[1]

  (1)用于电信号的放大。电子装备凡涉及视频、射频领域都可采用混合集成放大器。

  (2)用于直流、交流之间的转换。采用HIC技术制造电源组件,即DC/DC、AC/DC及电磁兼容滤波器。

  (3)用于功率放大。采用HIC技术制造功率放大器、电动机伺服电路和功率振荡电路等。

  (4)用于模拟量数字量之间转换的领域,即采用混合集成技术制造数/模(D/A)、模/数(A/D)转换器。

  (5)用于角度(或位置)需要转换成数字电信号的领域。

  (6)用于制造各种信号处理电路,应用于计算机、网络通信领域。

  (7)作为系统集成技术之一,可用于制造具有多种电路功能的系统部件和小整机。

混合集成电路基本原理与制造工艺[1]

  HIC的制造原理主要在于将半导体集成电路外围无源元件通过厚膜、薄膜工艺进行集成,制作在陶瓷基板或其他基板上,利用丝焊(WB)工艺、TAB、FCB和再流焊工艺将集成电路和其他有源、无源元件(未膜式化的)组装到基板上,实现电气连接。然后,将组装后的基板用外壳进行封装(金属、陶瓷、塑料等),以形成气密性或非气密性HIC产品。图5示出了混合集成电路(厚、薄膜)典型制造工艺。

  Image:混合集成电路(厚、薄膜)典型制造工艺.jpg

  图5 混合集成电路(厚、薄膜)典型制造工艺

混合集成电路设计特点及可靠性要求[3]

  从上述混合集成电路的种类、特点可以看出,混合集成电路不但是一种器件,而且它本身的构造设计与电子整机一样复杂多样,需要使用多种电子元器件和互连手段。因此混合集成电路的设计与可靠性要求不仅要考虑到电设计,还要考虑到工艺设计。从电路的设计和分析到布图设计、热设计、测试设计、试验设计等,涉及不同的工程学科,在当今学科划分愈细、愈专业的情况下,应该建立一个在各类人员之间有效传达各种设计要求的系统,通过设计文件的有效准确传递将没计要求传达到需要它的地方。混合集成电路的设计文件至少应包括:

  ①电路图。

  ②成膜版图。

  ③组装图。

  ④电子元器件明细表。

  ⑤老炼图。

  ⑥测试图。

  ⑦产品规范。

  ⑧产品使用说明书。

  在上述这些文件中,针对设计与可靠性至少应说明以下问题:

  ①电路要求:最大功耗、工作频率、电源电压和电流

  ②电子元器件的性能要求:

  ·电阻器:功耗、温度系数、跟踪温度系数、匹配要求等。

  ·电容器:温度系数、电压额定值、端头电极等。

  ·芯片:版图版本、背面电极、特殊电参数等。

  ·基板:材料、尺寸、组装方式等。

  ③电子元器件的组装要求:粘接或焊接或其他。

  ④互连要求:金丝键合或铝丝键合或其他。

  ⑤外壳要求:材料、外形、尺寸、镀层、封口方式等。

  ⑥质量要求

  质量等级:H级或K级。

  工作温度范围:TATc

  机械冲击或恒定加速度:条件、方向、次数

  温度循环:条件、次数。

  内部水汽含量:是或否。

  颗粒碰撞噪声检测(PIND):是或否。

  破坏性物理分析(DPA):是或否。

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参考文献

  1. 1.0 1.1 1.2 毕克允主编.微电子技术:信息化武器装备的精灵.国防工业出版社,2008.1.
  2. 陶春虎 刘高远 恩云飞等主编.军工产品失效分析技术手册.国防工业出版社,2009.10.
  3. 王蕴辉,于宗光,孙再吉主编.电子元器件可靠性设计.科学出版社,2007.9.
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