混合集成電路

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混合集成電路(Hybrid Integrated Circuit,HIC)

　　混合集成電路是半導體集成電路外圍元件的再集成，或稱二次集成。它是由半導體集成工藝與厚(薄)膜工藝結合而製成的集成電路，與半導體集成電路一樣，它也是實現電子裝備微型化的主要途徑之一。

　　混合集成電路包括厚膜混合集成電路、薄膜混合集成電路和薄、厚膜混合集成電路。厚膜混合集成電路是以絕緣基片(一般為陶瓷)作為電路的基板，先把導體網路及阻、容等元件採用絲網漏印、等離子噴塗等工藝印於基板錶面，再使用WB、TAB、FCB和再流焊等工藝，把其他元器件(如集成電路、感測器、其他功能元件等)組裝在陶瓷基板上，再連接輸出引腳，最後作整體封裝，形成一個功能完整的電路產品。通稱為厚膜集成電路或直接稱為厚膜。薄膜混合集成電路是採用真空蒸鍍、濺射、光刻等基本工藝的薄膜技術，將組成電路的電子元件以膜的形式製作在絕緣基片上形成的電路產品。

　　1．按功能分類

　　混合集成電路技術以其設計生產靈活、集成度高、質量可靠的優勢，彌補了單片半導體IC的不足，通過各種電子技術的混合集成應用，實現了高功率、高可靠、高穩定的混合集成電路，為電子裝備小型化、多功能化、高性能化和高可靠性提供了一條不可缺少的技術途徑。軍用混合集成電路的主要使用範同內，按用途功能分類可分為7大類：混合集成放大器(前置、脈衝、高頻放大器等)、電源組件(DC／DC、AC／DC變換器，EMI濾波器等)、功率組件(功率放大器、馬達伺服電路、功率振蕩器等)、數／模、模／數轉換器(A／C、D／A轉換器)、軸角一數字轉換器(同步機一數字轉換器／分解器，雙數轉換器等)、信號處理電路(採樣保持電路，調製解調電路等)和微波電路(10MHz以上)。

　　圖1和圖2為典型的厚膜混合集成電路產品。

　　2．按工藝結構分類

　　傳統的混合集成電路，以基片錶面的厚膜導帶、薄膜導帶工藝分類，分為厚膜混合集成電路和薄膜混合集成電路兩大類(圖3)；某些小型的印製電路板(PCB)電路，由於印製電路是以膜的形式在平整板錶面形成導電圖形，亦歸類為混合集成電路。隨著MCM組件這一先進混合集成電路的出現，其基板特有的多層佈線結構和通孑L工藝技術，已使MCM組件成為}昆合集成電路中一種高密度互連結構的代名詞(圖4)，MCM所採用的基板又包括薄膜多層、厚膜多層、高溫共燒、低溫共燒、硅基、PCB多層基板等。因此從混合集成電路佈線的工藝技術特點分類，混合集成電路可分為厚膜混合集成電路、薄膜混合集成電路和多晶元組件。

　　3．按質量等級分類

　　為了適應軍用、民用不同使用場合對產品可靠性的要求，各類標準對混合集成電路在生產、試驗、篩選過程中制定了不同等級的質量控制水平，對應各自的質量等級(即質量保證等級)，反映用戶所能得到的電路符合規範要求的保證程度。不同的質量等級，代表著相同功月bⅡYJ。153。在同樣的工作和使用環境條件下，具有不同失效率水平，可以根據使用需要選擇相應質量等級的產品。

　　混合集成電路的標準化質量等級，分為軍用標準規定的質量等級和工業標準規定的質量等級或評定水平，其等級要求是產品研製、生產和使用的重要依據，也是產品失效分析中確定質量問題還是使用不當問題的重要參考依據。

　　(1)用於電信號的放大。電子裝備凡涉及視頻、射頻領域都可採用混合集成放大器。

　　(2)用於直流、交流之間的轉換。採用HIC技術製造電源組件，即DC／DC、AC／DC及電磁兼容濾波器。

　　(3)用於功率放大。採用HIC技術製造功率放大器、電動機伺服電路和功率振蕩電路等。

　　(4)用於模擬量和數字量之間轉換的領域，即採用混合集成技術製造數／模(D／A)、模／數(A／D)轉換器。

　　(5)用於角度(或位置)需要轉換成數字電信號的領域。

　　(6)用於製造各種信號處理電路，應用於電腦、網路通信領域。

　　(7)作為系統集成技術之一，可用於製造具有多種電路功能的系統部件和小整機。

　　HIC的製造原理主要在於將半導體集成電路外圍無源元件通過厚膜、薄膜工藝進行集成，製作在陶瓷基板或其他基板上，利用絲焊(WB)工藝、TAB、FCB和再流焊工藝將集成電路和其他有源、無源元件(未膜式化的)組裝到基板上，實現電氣連接。然後，將組裝後的基板用外殼進行封裝(金屬、陶瓷、塑料等)，以形成氣密性或非氣密性HIC產品。圖5示出了混合集成電路(厚、薄膜)典型製造工藝。

　　圖5　混合集成電路(厚、薄膜)典型製造工藝

　　從上述混合集成電路的種類、特點可以看出，混合集成電路不但是一種器件，而且它本身的構造設計與電子整機一樣複雜多樣，需要使用多種電子元器件和互連手段。因此混合集成電路的設計與可靠性要求不僅要考慮到電設計，還要考慮到工藝設計。從電路的設計和分析到布圖設計、熱設計、測試設計、試驗設計等，涉及不同的工程學科，在當今學科劃分愈細、愈專業的情況下，應該建立一個在各類人員之間有效傳達各種設計要求的系統，通過設計文件的有效準確傳遞將沒計要求傳達到需要它的地方。混合集成電路的設計文件至少應包括：

　　①電路圖。

　　②成膜版圖。

　　③組裝圖。

　　④電子元器件明細表。

　　⑤老煉圖。

　　⑥測試圖。

　　⑦產品規範。

　　⑧產品使用說明書。

　　在上述這些文件中，針對設計與可靠性至少應說明以下問題：

　　①電路要求：最大功耗、工作頻率、電源電壓和電流。

　　②電子元器件的性能要求：

　　·電阻器：功耗、溫度繫數、跟蹤溫度繫數、匹配要求等。

　　·電容器：溫度繫數、電壓額定值、端頭電極等。

　　·晶元：版圖版本、背面電極、特殊電參數等。

　　·基板：材料、尺寸、組裝方式等。

　　③電子元器件的組裝要求：粘接或焊接或其他。

　　④互連要求：金絲鍵合或鋁絲鍵合或其他。

　　⑤外殼要求：材料、外形、尺寸、鍍層、封口方式等。

　　⑥質量要求：

　　質量等級：H級或K級。

　　工作溫度範圍：T_A或T_c。

　　機械衝擊或恆定加速度：條件、方向、次數。

　　溫度迴圈：條件、次數。

　　內部水汽含量：是或否。

　　顆粒碰撞雜訊檢測(PIND)：是或否。

　　破壞性物理分析(DPA)：是或否。

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