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数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有 TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
基于厚膜混合集成电路的激光调阻工艺研究王姜伙;王志勤【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2012(000)011【摘要】Laser trimming is a high precision and efficiency method of trimming the resistors, which has been used popular in the thick film hybrid integration circuit presently. In order to achieve the high precision resistors, the process of laser trimming method has been studied in this paper. The process of laser trimming includes soldering the probe card, compiling the program and studying the process experiments. Based on the several experiments study, the precision of L-cut type method is about ±0.5%.%激光调阻具有高精度、高效率等特点，是目前厚膜混合集成电路最为常用的电阻修调方法.为了实现厚膜混合集成电路中精度电阻的制作，文章对激光调阻工艺进行了系统研究，内容包括探针卡焊接组装、调阻程序编制以及工艺试验研究.通过进行试验验证，选用L型调阻路径，调阻精度已达到±0.5%，满足设计要求.【总页数】3页(P34-36)【作者】王姜伙;王志勤【作者单位】中国电子科技集团公司第38研究所,合肥230088;中国电子科技集团公司第38研究所,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TP216【相关文献】1.厚膜混合电路的激光调阻技术 [J], 李颖;林洪;陈琳;王雪冰;张娜;张治国2.厚膜混合电路的激光调阻技术 [J], 李颖;林洪;陈琳;王雪冰;张娜;张治国3.厚膜混合集成电路用的激光调阻系统 [J], 许永勤4.混合集成电路激光调阻技术 [J], 朱明锋;王洋5.RuO2基厚膜电阻电脉冲调阻工艺研究 [J], 王吉刚;董述恂因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
混合集成电路研究报告混合集成电路研究报告混合集成电路（Hybrid Integrated Circuit）是指将不同的电子元器件（如晶体管、二极管、电容等）通过微型化的封装技术，集成在同一块半导体芯片上，形成一个完整的电路系统。
混合集成电路具有高可靠性、高性能、高集成度等优点，广泛应用于通信、计算机、军事等领域。
混合集成电路的制造过程包括芯片制造、封装和测试三个步骤。
首先，通过光刻、蒸镀等工艺制造出芯片上的电子元器件。
然后，将芯片封装在陶瓷或塑料封装体中，并连接上引脚。
最后，进行电性能测试，确保电路系统的正常运行。
混合集成电路的应用范围非常广泛。
在通信领域，混合集成电路被广泛应用于无线电收发机、卫星通信、光纤通信等系统中。
在计算机领域，混合集成电路被用于高速运算、存储器、控制器等电路中。
在军事领域，混合集成电路被用于雷达、导弹、通信等系统中。
混合集成电路的发展趋势主要体现在以下几个方面。
首先，封装技术的不断创新，使得混合集成电路的封装体积不断缩小，性能不断提高。
其次，芯片制造技术的不断进步，使得混合集成电路的集成度不断提高，功耗不断降低。
再次，新型材料的应用，如氮化硅、碳化硅等，使得混合集成电路的工作温度范围更广，可靠性更高。
最后，混合集成电路与其他技术的结合，如MEMS技术、光电子技术等，将进一步拓展混合集成电路的应用领域。
总之，混合集成电路是一种高可靠性、高性能、高集成度的电路系统，广泛应用于通信、计算机、军事等领域。
随着封装技术、芯片制造技术、新型材料的不断进步，混合集成电路的应用前景将更加广阔。
数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
厚膜集成电路制备工艺一、实验目的1．了解厚膜集成电路的制备方法和流程。
2．掌握选择制备厚膜电路所需的仪器、基片、浆料、丝网等材料的思路和方法。
3. 掌握厚膜电路制备过程中关键工艺的主要参数。
4. 了解厚膜集成电路的特点和应用。
二、实验器材RSK3007Z网带式烧结炉，HGL600红外干燥炉，精密丝网印刷机，丝网，浆料，基片，刮刀。
三、实验说明1．干燥炉设置网带速度为220mm/min,炉温150℃。
2．烧结炉网带速度为120mm/min。
进口气幕和出口气幕为25L/min，进气一为30L/min，进气二为40L/min,排气为15L/min。
各温区温度根据所选浆料的烧结曲线设置。
四、实验内容和步骤1.准备试验材料，包括基片、浆料、丝网等。
2.固定对准。
将制作好的丝网装入丝网印刷机，固定。
打开真空泵，将陶瓷基片用镊子放到丝网印刷机平台中央，使之于平台吸合。
放下丝网到水平位置，调节平台高度使基片与丝网刚好接触，调节平台水平位置使丝网图形与基片精确对准，用紧固螺钉固定平台。
3.丝网印刷。
取适量电阻浆料放在丝网一端，用刮板将浆料刮过丝网图形。
注意用力适当，速度均匀，保证印出的图形完整，厚度均匀。
将印好的基片取下，水平放置约5分钟，使图形流平。
4.干燥。
将印刷有浆料图形的基片放入干燥炉干燥。
注意调节干燥的温度为150℃，时间约10min。
5.烧结。
将干燥后冷却的基片放入烧结炉，烧结过程中需要设置烧结温度为800℃，带速设置为100mm/min。
五、实验报告要求1．小结实验心得体会。
2．回答思考题a)基片的功能是什么？有哪些基本要求？b)浆料的基本成分有哪些？c)厚膜电路相对PCB电路和半导体集成电路有哪些特点？列举典型应用。
d)根据实验步骤考虑多层厚膜电路的制造流程和方法。
e)和基本的厚膜工艺相比，共烧陶瓷工艺有什么特点，简述基本方法和流程。
厚膜发热电路薄膜发热电路
厚膜发热电路和薄膜发热电路都是常见的电路类型，它们在不同的应用中具有不同的特点和优势。
厚膜发热电路通常是指采用较厚的金属膜（通常为铜或银）作为导电层的电路。
这种电路的优点是可以承受较高的电流和功率，因此适用于需要高热量输出的应用，如加热器、电源等。
厚膜发热电路的制造工艺相对简单，可以通过丝网印刷、喷涂等方式制备。
薄膜发热电路则是指采用较薄的金属膜（通常为铝、铜或钛）作为导电层的电路。
这种电路的优点是具有较高的电阻率和较低的电阻温度系数，因此可以在较小的面积内实现较高的功率密度。
薄膜发热电路通常采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等先进的制备工艺。
军用混合集成电路的现状与对策醛斌苯胶第6卷第23媚混合擞电子技术V o1.6№2’31]军用混合集成电路的现状与对策西安微电子技术研究所T斗S摘要潺合集成电路是军事/宇航电子装备的重要基础元件.混合集成技米步入新的筮晨阶段,将对军用电子装备的更新换代产生重大影响.本文扼要舟绍目前国内外军用混合集成电路的市场规模,应用顸域,主要技米的现状_瑟对策.我国的差距t以及笔者的几点建议.一,前言混合集成电路(HIC)有近半个世纪的发展史,从总体上看,可以说它是靠军用兴起,靠军用发展,虽然现在它已渗透到各个领域,但是军事/航天仍然是第一个大用户,约占HIC总量的四分之一.HIC发展到一个新阶段,其标志是先进混合集成电路(AHIC)面世.多芯片组件(McM)显露头角,军界尤为关注.世人公认,八十年代的技术是表面安装技术,九十年代的技术是MCM,九十年代是HIC走向组件化的十.年.MCM在军用领域初露锋芒,前景光明.=,军用HIC的市场概况据统计,1990年美国HIC的市场规模为61亿美元,其中军事/宇航类占24,6;1993年的市场规模为138亿美元,军事/宇航类约占30在厚膜HIC中,军用类占30以上}在薄膜HIC中,军事/宇航类占70上,在MCM中,军事/宇航类占一半左右.混合微波集成电路(HMIC)的大多数用于军事和宇航,1992年,北美地区HMIC 的消费额为23,5亿美元,预计97年为44.1亿美元,综合年均增长率(CAGR)超过1z,其中以单片微波集成电路(MMIC)为核心的I{MIc占24,在10亿美元以上.1990年,西欧H1C的市场规模为ll65亿荧元,其中军事/宇航类为3.806亿美元,约占3O%.虽然冷战时代已经结束,世界范围内的军费开支可能逐年减少,但是用于军事电子装备的总费用仍有增无减.大国之间争夺太空,海洋,国际军火市场,商业卫星及尖端科学技术优势的争斗愈演愈烈.美国已将AHIC作为九十年代优先发展的军事电子技术之一.西欧各匡群台行动,采取各种措施,加速AHIC的发展.在未来几年里.军事/宇航仍然是HIC的大甩户,仍将保持10以上的年均增长率.17三,HIC的军用领域七十年代初.美国率先将NIC善了系统的性能,提高了可靠性.2.航空在空中和海上使用的各种军用飞机中,普遍使用HIC改进电子系统的性能,缩小体积,减轻重量.休斯AH-64直升飞机的火控计算机用了15种HIC,比用分立器件时的体积缩小了一半.最近,美国霍尼韦尔公司军用航空电子装备部推出一种叫做H-764G的机械惯性导航系统(INS),装在直升飞机的同定机翼和导弹上,接收全球定位系统发出的方位信息.这种系统采用了SMT技术,HIC,多层PCB及密集的电连接器,高175mm,宽187.5mm,长275mm,重9072克,与老系统比较,尺寸缩小一半,重量减轻75,成本降低10,最大功耗不足60W.其中的高压电源,低压电源及内部传感器都用HIC.加拿大的Marconi公司开发了一种叫做CMA764—1的机载导航敏感器,从GPS和Omega系统获得方位信息.该系统的尺寸为197ram×381.5mmX66.25ram,重3583,44克,功耗32W,其中的电源使用厚膜HIC.美国TrimbleNavigation公司出售的名叫FlightmateGPS个导航接收机,重量只有28.35克,功耗1W,电源是4节AA碱电池,尺寸为82,5ram×170mm×32.5mm.其中大约98的电路用SMT,HIC中使甩的片式电容的尺寸是0402(O,4×O.2ram).美国MartinMarietta公司采用MCM-C为军用飞机和导弹生产用于目标搜索及识别的图象处理电子装置,组件叫做SEM—E,其中MCM的尺寸为117.5mm×77.5mm,总功耗为48W,SEM—E的重量为748.4克.MCM的基板是l0层陶瓷,采用厚膜混合集成工艺,每个MCM中有16个处理器芯片,导线的宽度和间距为125Fm,基板材料是低温共烧陶瓷(L TCC),用TAB实现芯片之间的互连.机载电子装备对小尺寸,轻重量的要求越来越严格,在这个领域HIC 大有作为3.常规武器HIC已经成为坦克测距系统,火炮引信系统,相控阵雷达,夜视和监控系统,甚至士兵单人侦察电子装置中必不可少的电子元件美国的爱国者导弹系统,战斧巡航导弹系统中都用到了HIC.184.军用通信.兵贵神速”靠指挥,令行禁止”靠通信.现代军事指挥系统由情报,通信,指挥,控制四部分组成,有人称为C3I系统.电子战就是制服敌方的C31系统,保护自己的C3I系统,以克敌致胜.电子战的特点是各类电子装备的部署密度越来越大,信号更加密集,频谱宽,信号特征复杂.这里,快和准是关键,通信电子装置至关重要,这是HIC的一个重要应用领域.在美国.通~.HIC占HIC总市场的27左右.军用通信系统中使用的HIC主要是微波HIC和功率HIC,如混频器,调制解调器,放大器,衰减器,滤波器,A/D(D/A)转换器,13(3/DC或DE/AC电源变换器等.从多层次大纵深通信到连排甚至单兵通信装备,从卫星通信到移动通信,个人电台都要使用这些HIC,HIc尤其是McM的优越性在军用通信领域更为突出,因为它能极大地满足军用通信系统的快,准要求.有人认为电子战是自有火药以来最重大的军事技术革命,军用电子装备的优势成为战场的”制高点”,电磁频谱成为与陆海,空并存的第四战场.可以预言,AHIC将对军用电子装备的高性能,高速度,”轻薄短小’作出重大的贡献.四,军用HIC的重点技术军用ff/C与其他用途的HIC的明显区别在于更加苛求性能(高速性,高稳定性,低功耗)和可靠性,而不太计较成本.军用HIC的重点技术的开发都是为了提高其性能,从而促使军用电子装备更先进.下面简要介绍与此相关的几项技术及其发展趋势.1.保证半导体Ic棵芯片的品质半导体Ic裸芯片是HIC的心脏.现在,一个HIc或MCM一般至少要用4个以上的半导体Ic裸芯片,多者接近200个,而且裸芯片的类型不同,来自不同厂家.半导体Ic厂家一般只提供制作好芯片的大图片,对每个裸芯片一般不进行各种测试.Ic裸芯片的质量与HIc的质量和成品率密切相关,对MCM来说尤其如此.统计分析证明,在一个HIC中如果有10个Ic裸芯片,它们的平均成品率为95,而HIC的成品率只有60.对军用HIC来说,Ic裸芯片必须是的确好的芯片即KGD或测试过的好芯片即BTD(best—testeddie).KGD就是半导体Ic裸芯片的可信度,至步必须与已封装的同类芯片的质量相同甚至更高.因此,半导体Ic裸芯片的测试成为头等重要而又必须解决的大难题.目前,半导体Ic厂家,HIC厂家,MCM厂家开发了许多各有特色的LSI裸芯片测试技术.(1)建立芯片库这是美国国防部先进研究计划局(DARPA)倡导的,井与两家公司签订研究台同,首先为建立芯片库提供标准,建立样品库.Se,rmTech和MCC公司提出了KGD标准——微型封装芯片的通用标准.符台标准的芯片均可入库,保证HIC厂家的急需.这一举措还有诸多问题有待解决,但并非妄谈,一旦成功.意义很大.(2)可测性芯片载体给裸芯片加上一个与载带自动键合用的载带类似的载体或壳体,如图1所示,通过载体对裸芯片进行与已封装Ic完全相同的一切测试和试验.载俸用柔性材料如聚酰亚胺制成,19可以反复使用,也可以制成表面安装式的,完成测试后与裸芯片一起贴装到H1C中?这种方法的优点是:1)载体可重复使用;2)与现有半导俸Ic测试设备兼容,有刺于降低测试成本;3)在生产过程中,载体对棵芯片有保护作用.这种方法的缺点也是明显的:1)增加了裸芯片与载体的对准,装卸及载体的清洗-2)载体材料与裸芯片的CTE(热膨胀系数)要尽量一致,否则无法应用}3)载体必须耐用.成本低;4)与大生产不适应.虽然现在很多裸芯片用户采用了这种方法,但是似乎只是一种有效实用的应急措施.趋辩载悻圈1苏片载体(3)裸片级老化(DLBI)裸芯片老化是禄芯片测试中最大的难关,为了解决这个难题,芯片厂家和用户开发了许多各具特色的方法.美国DARPA资助一项开发计划,在MCC公司成立了有37家公司参加的组织”ConsortiaforKGDProgram——KGD计划联合体,并于1993年l2月发表了该组织的第一阶段研究报告,提出评价每种DLBI技术的评分标准技术评价指南”,对各种DLBI技术进行了垒面的评估.在24家公司的DLBI技术中,AehrTestSystem公司的暂时性载体台和聚酰亚胺柔性老化板得分最高,已开始用于生产.一般是给裸芯片加上暂时性或永久性载体,小型壳体,软连接体等,放在老化扳(BIB)的插座上,送进老化护老化.(4)全片级老化(WLBI)这是一项全新的技术,是美国DARPA提出的一项战略性课题(编号为BAA93—25),许多公司竞相申请,由DARPA在94年6月底前选定.目前,进展情况尚未揭密,预计大概两年后会初露端倪.围2是WLBI的概念图,显然,这是一种柔性生产系统,由一台中央大圆片自动传送系统和多台自动大圆片探铡台组成.探涮台包括大圆片探针头,大圆片对准系统,热控式x,Y,z片台,DUT电源,其中,全片探测是头等重要和决定性的技术.目前,DARPA已对8家公司的儿种WLBI技术进行了评价,其中4种技术可满足基本标准.WLBI与封装级老化(PLBI)和裸片级老化比较,主要优点是:1)老化工艺大大提前,避免了下游工艺中淘汰废品的经济损失;2)可以尽早反馈成品率及缺陷数据,以便尽早采取保护措藏;3)无须在锯片后进一步测试,可以缩短制片工艺周期.可以预言,这种技术一旦突破和实用,将对HIC和半导体Ic的生产产生极大韵影响.无论裸片级或全片级老化技术,都必须尽量满足以下要求,才有可能实用:1)满足产品的质量和可靠性筛选要求;2)成本与现在的已封装产品的老化工艺相差不大;3)能支持KGD的批量生产;4)经济上的风险性不大;5)与现有的Ic生产流程相容.(5)内建自测试(B1ST)这是借助设计技术在裸芯片内集成产生激励和进行测试分析的电路,芯片能完成本身2O的逻辑功能,又能在正确的控制下进行自我测试,外部测试设备只需输入激励源,并将所测结果与目标值进行比较.以寻找故障.这种方法的优点是;1)能完成裸芯片的参数测试,高速功能测试,可靠性测试,故障复盖率在99~以上;2)减少用于测试的管脚,简化测试工序和设备,降低测试成本;3)易于自动化,是一种柔性测试技术.其缺点是增加了设计难度,要占用一定的芯片面积.周边扫描也是BIST技术,现在,一般是将周边扫描和内建测试电路相结合,通过总线或通道,用边界扫描标准指夸执行自测试.这种方法的故障复盖率最高,用于工艺监控,可太大提高生产成品率.还可用于大圆片测试,极大地简化测试设备.圈2全片缎老化概念圈2.;i叟热问题对电子产品故障原因的统计性分析证明,55是热,20是振动,19是湿度,6是尘埃?HIC和MCM中使用的半导体IC裸芯片愈来]舡多,加之多层徽细布线和高密度封装,热效应更为严重,不解决散热问题,就不可能在军事电子装备中应用.(1)采用热导性能好的基板材料AIN,BeO,SiC,金刚石的热导率比AI:0;高得多,引起军方的极大关注.AIN基板已经实用化,特别适用于大功率和微波mc,在军用领域,金刚石基板更具吸引力,但目前还未大量使用?美国国防电子供货中心(DEsc)从几年前开始执行高性能基板材料开发计划,在氮化铝,碳化硅,氧化镀,包铜氧化铝,金刚石,热压碳化硅,含氧化铍或氧化镁的碳化硅等研究中取得很大的进展.2】硅基板,金属或金届芯基板也是散热性能很好的基板材料.硅基板已经引起军方的高度重视.(2)台理的热设计有17个参数与HIC的散热性能有关,必须进行综合分析,找到合理的折衷,实现合理的热设计美国Mentor公司开发了一种取得专利的用于MCM的热分析软件,用它可以实现最佳热设计,在裸芯片周围及布线层之间巧布热通道.使热量迅建有效地传输到封装体上下的散热5-~.布线结构不同,互连通孔和散热通孔的结构也各异.常见的通孔有迭加式,阶梯式,螺旋式,交错式,埋人式,偏移式,一端封闭式,如图3所示,在一个HIC中,往往要用几种结构的通孔.通孔制造技术是AHIC技术的一大特征,目前主要有湿法腐蚀,反应离子腐蚀,光敏聚酰亚胺(PSPI)光刻,激光打孔.表1列出这4种技术的比较,显然,激光打孔最好,其次是PSPI技术.Ⅱ面臣鍪鋈重蔓瘟圈3通孔的结构表1通孔制造技术的比较聚酰亚胺通孔工艺工序数量关键工艺及设备纵横比/饭限通孔壁剖面的选用睬敷聚酰亚胺2,1/最小直径梯形湿法腐蚀9烘烤抗蚀剂光大多数15ttm50.妻j,湿法腐蚀抗蚀剂光刻RIE9RIE.除去剩余全部2t1/最=I:厚度梯形物50.1,1/最小直径梯形激光打孔6激光打孔机全部30.～65.10um1t1/最小直径桶形PSPI7PSPI光刻很少lIxt50.～80’(3)有效的散热采用水冷,空冷和附加各种结构的散热片,使HIC产生的热量及时散发,这虽然增添麻烦,但有时实难舍去,不得已而为之.3高稳定,高可靠稳定性和可靠性是对任何军用产品的第一要求,HIC也不例外.下面扼要介绍与HIC22的稳定性和可靠性有关的主要技术及动向.(1)热膨胀系数(CTE)匹配在HIC中使用的有源元件主要是硅IC裸芯片,因而基板材料与硅的热膨胀系数(cTE)要尽量接近或一致,以免在长期工作中因为温度变化所产生的热应力而导致焊料疲劳性破坏,使HIC失效.军用HIC中的基板材料必须具有很好的热导性能,同时尽量与硅的CTE一致.最近出现的SOS(SiliconanSilicon)技术受到军方的欢迎,因为是用硅片作为基板.用半导体技术在硅基板上布线,再在其上搭载硅Ic裸芯片.由于CTE完全一致,电路的性能提高.长期稳定可靠.另外,在HIC中使用的导体材料,介质材料,封装材料的选择也必须考虑CTE的匹配.(2)选用吸水性小的介质材料HIC尤其是MCM中有多层的布线,目前的军用HIC一般都是8层以上的结构,层闻介质的选用很重要,除致密性,与相关材料的粘附性,介电性之外.吸水性是军用HIC必须考虑的重要因素.吸水性太大,HlC在长期工作中会因受潮导致介质层起泡,龟裂而失效.SiO:和生带基本上不吸期.聚酰亚胺的吸水性稍大一些(3).BCB的吸水性为0.23,可替代聚酰亚胺.PPQ(聚苯酚奎啉)的吸水性为0.9,是较理想的介质材料.用它制造HIc尤其是MCM.其可靠性比多层PcB高1O倍.(3)选用电迁移小的导体材料HIC中使用的导电材料有铝,银,铜,金,钨等.铝的电迁移性大,易形成申扰,军用HIC中多数使用金和铜.目前正在开发的导体材料有合金材料,有机金属,超导材料.美国军方对超导材料制作mc(McM)尤其重视,已有样品.4.体积小,重量轻,性能好体积小,重量轻历来是军用电子装备的重大课题,它与兵贯神速息息相关.HIC之所以倍受军方青睐,在相当大的程度上正由于此.在上述三个问题解决之后,体积和重量成了鉴别任何一种工艺技术有无军用潜力的关键.由于这个问题与非军用HIC基本相同.有大量的文献报道,这里仅简述一,二.(1)多层结构,傲细布线这不仅是缩小体积,减轻重量的主要途径,也是改善HIC性能的重大技措.由于多层共烧技术和多层布线技术的成熟,多层HIC迅速发展.从1990年到1995年,美国多层I-TIC市场规模可望从u亿美元增加到21亿美元,市场占有率从19上升到25.l992年,厚膜HIC达到8层布线,线宽/间距为75Fro,同一功能的电路,基板可以缩小三分之二,从1.6×0.8ram缩小到0.7X0.35ram.厚膜混合集成技术的关键是采用高级丝网印刷技术或其他转印技术如扩散刻图,光成形,低温共烧陶瓷技术,浆料自动喷射技术,自动描画技术,进一步缩小线宽/闻距,现在的线宽/间距已经达到tSV.m.低温共烧玻璃陶瓷基板已经达到6l层布线,布线宽度30Fro,间距120vm,制作的电路已经用在VP2000高级计算机中.薄膜混合集成技术对HIC的微型化更为重要.同一种HIC,采用薄膜布线技术可将电路尺寸缩小五分之四.目前的主要动向是采用半导体lc的徽细;bH-F 技术如光刻技术,蒸发{霞射等成膜技术缩小布线的线宽和间距,提高布线密度.目前的线宽/间距达10Fro,9层以23上的布线,内含72个LSI裸芯片,封装密度比同功能的PCB高30倍,已经达到军用水平?IBM公司的3090微处理机中的HIC,陶瓷基板尺寸为11x11.7m,3g 层布线,其中有132个LSI裸芯片,总速度比3033高4倍,连接点减少4/5,可靠性大大提高?(2)部件化,系统化,由于微细化,多层化技术的推动,HIC的封装密度越来越高,功能越来越多,向部件,子系统,系统的方向发展,由板上芯片(COB)向片上芯片(COW)发展,即在一个基板或基片上贴装或埋入若干VLSI裸芯片和无源元件,形成具有一定功能的部件或系统MCM或MCP(多芯片组件或多芯片封装)就是代表这一发展方向的典型.MCM的主要优点是:(1)用多层基板,微细布线,LSI裸芯片,牛式或埋入式无源元件,内部互连线的总长度大大缩短,信号传输延迟时间减少,与单芯片SMT比较,速度提高4～10倍.(2)同一功能的电路,由于焊点和I/O减少,包封密度高,组装效率可达8O～90,重量减轻90.(3)避免元件和器件的封装,简化了系统的组装层次和电路板之间的连接,大大提高了最终产品的可靠性.(4)能把数字电路,模拟电路,功率器件,光电器件,微波器件合理地组合在一个封装内,形成多功能部件,子系统或系统,线路问的串扰小,阻抗易控,稳定性大大提高.这些优点特别适用于军事电子装备,引起各国政府和军方的极大关注.计算机,通信,军事/航天是MCM的三大用户.美国已将MCM技术列为九十年代优先发展的军事电子技术之一,DARPA挑选一些公司组成两个MCM集团,目标是开发速度在100MHz以上的MCM,使系统的重量减小到原来的1/10,可靠性提高1O倍.1993年,美国开始实麓一项投资5亿美元的MCM技术三年研究计划,1993年政府拨款7千万美元,其目标是保持美国在MCM技术领域的世界领先地位,美国国防部和陆,海,空三军都直接参与了MCM的开发.1991年底,由英国,法国,磺典,芬兰等国的10家公司和两个研究中心结成联盟.投资2320万美元,执行一项开发MCM技术的三年计翔.日本科学技术厅技术政策研究所1993年宣布的未来3O年前12项重大技术课题中有若干项都涉及到MCM技术的发展,侧如运算逮度超过每秒1O万亿次浮点运算的超高速巨型机将于2004年达到实用化;利用人造卫星建成世界性航空管制系统将于2001年投入使用.S,几项重点军用HIC制造技术AHIC尤其是MCM技术集中了半导体Ic的微细加工技术,HIC的薄厚膜技术,PCB的多层基板技术,是典型的高技术,多学科领域.军用HIc涉及的研究领域更广泛.这里仅从军事/航空航天考虑简述凡项有发展潜力的技术.,(1)硅基板(SOS)技术硅的性能和用途,人们非常熟悉,但是作为HIc的基板材料还是从八十年代中期开始的.现在,硅基HIC,硅基MCM,硅基多层布线技术的开发非常热门.九十年代后期,硅基扳会得到广泛应用,尤其适用于军事和宇航电子装备.SOS的主要优点是:①用半导体工艺在硅基板上实现多层徽细布线,布线密度高,4层布线相当于30多层陶瓷布线,目前的布线密度达到80线/era’,组装密度高达85,同时有利于速度的提高;24②硅的热导率是氧化铝的10倍,CTE与硅IC完全一致,散热性好,HIC的可靠性高;③采用现有半导体工艺和设备,开发周期大幅度缩短.用硅基扳翻作的HIC或MCM已用于超级计算机,军事和宇航电子设备.(2)HCOB(HermeticChip—-oi1—-Board)用载带自动键台(TAB)技术将LSI裸芯片焊接在陶瓷或硅基板上,基板上有盒属密封环与硬辞的金属化屡钎焊,再椰上一十封帽实现密封,不需要单独的封装,可进一步减轻重量,缩小体积.(3)EPCOB(Environmcnta]lyProtectedChip—oi1一Board)用先进的钝化和涂覆材料对基板上的LSI禄芯片进行环境保护,无需进行密封封装.这种技术既可解决高价金属封装,从封装到基板的互连可靠性问题,又是提高包封密度,减轻重量的有效途径.关键是钝化和涂覆材料的开发.美国的一些公司已经着手这种材料的研村.以上三项技术可能是下一代军事/宇航电子装备使用的HIC的替代技术.对大的电子系统来说,HIC是制片技术,对LSI来说,HIC又可以看佧封装技术.在ULSI时代,HIC技术可能会起到中间突破,两厢促进的作用,这可能是AHIC技术倍受军方关注的更大缘故.五,国内军用HIC的现状及差距我国HIC的研制始于六十年代初,从厚膜HIE的研究起步,以军用和航空航天应用为目标,在几乎20年的时间里情况没有太大的变化,军用H1C的开发在相当长的时间内停步不前.从1980年到现在.国内引进大约21条HIC生产线,其中14条为厚膜HIC生产线,单线最高年产量为400万块,单线最高用-}亡为220万美元.目前国内从事HIC研究,开发,生产的约有近50十单位,近万名职工.从事军事/宇航HIC开发生产的主要集中在电子工业部和中国航天工业总公司.国内的HIC行业已经从玲变热,初具规模.军用HIc的研稍大有起色,取得长足的进步.1.军用HIc的生产及应用概况经过几年的建设,国内军用HIC的生产能力和生产技术较前大大提高,初步形成小批量多品种生产能力,军用HIC的品种达到二百多种,井能满足质量要求.有几条生产线陆续通过国防科工委组织的军工产品质量保证体系验收,成为军用HIC 的定点生产线.其中有的生产线达到国际上八十年代中期的水平.1993年l0月,国家863项目.微电子组装工艺中试线”在电子部十四所建成,通过国家科委验收,填补了国内空白,达到国际八十年代中后期术平.年产能力1000套发射/接收(T/R)组件,主要技术是微波HIC 制造技术.1988年国内HIC的产量为280万块,市场占有率只有6,多为军甩产品.199Z年国产HIC不足2千万块,市场占有率不到20,其中军用HIC约占its.预计1995年国内HIC的需要量约为1.37亿块,其中军用HIC的需要量约为3000万块,但军用HIC的产量预计很难达到500万块,差距很大.到本世纪束,我国至少还将发射20颗各种用途的人造卫星,1994年就是卫星发射高峰年.我国的军用通信装备将丈规模的更新抉代,坦克,火炮,雷达等常规武器将主要f藏靠电子技术改进性能.国内军用HIC的市场很大.25与国外相比.我国军用HIC的数量和品种还微不足遭,可靠性还差一个数量级,应用范围也相当有限,主要用于星,箭控制系统,军事通信系统,军用仪器仪表,星上电源设备.在坦克,火炮中的应用刚刚开始.2.军用HIc的开发及技术水平从1990年开始,我国军用HIC的发展进X--4”ti~阶段,其标志是技术开发活跃,军品不断涌现,水平明显提高.表2列出国内部分军用HIC的开发情况.除此之外,已能小批量生产的还有用于国家重点工程,军用通信装备,坦克激光澜l距系统,火炮引信装置及军用计算机的各种类型的HIC,如电子郁四十三所的宽带放大器,八九三厂的D/A转换器,航天工业总公司西安微电子技术研究所的高速AD/D-A转换器,石英挠性加速度计伺服电路,弹上平台系列,星上太阳敏感器系列,航天工业总公司北京遥感设备研究所,上海航天局八0四所兵器工业总公司二一四所的微波HIC,频段0.8~10cm,频率2~14GHz,适用于s,C,X波段.MCM及其相关技术的开发也取得初步进展,有几种产品已小批量生产?用于军事/宇航电子设备,如64路交换子及采集开关,三相正弦波电源,锁相测角。
混合集成电路中的新型封装工艺 摘要：文章介绍了几种新的封装工艺,如单芯片封装、多芯片封装
钎焊气密封接技术、激光熔焊封接技术、铜工艺等
引言：当将有源器件和无源元件组装到已完成膜层印烧/蒸发/溅射
的基片上以后，这个混合微电路就可以进行封装了。组装和封装作为产品开发中的关键技术在业界引起人们日益增多的关注。
正文 广义的封装是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为适用于设备或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学技术。 狭义的封装(Packaging,PKG)是指裸芯片与布线板实现微互连后，将其密封在塑料、玻璃、金属或陶瓷外壳中，以确保半导体集成电路芯片在各种恶劣条件下正常工作。 无论是单芯片封装前的裸芯片，还是多个裸芯片装载在多层布线板上的多芯片组件(MCM),在不经封装的状态下，由于空气中湿气和氧的影响，半导体集成电路元件表面及多层布线板表面的导体图形及电极等，会随时受到氧化的腐蚀，使其性能退化。因此，无论是单芯片封装还是MCM制造，在整个工艺过程中，应避免在空气中放置，而应在氮气气箱等非活性气氛中加以保护。否则，会出现半导体元件的内侧引线凸点因氧化而难以键合，多层布线板的导体电极因氧化而不能钎焊等问题。 即使已完成了微互连，不经封装而在含有湿气的空气中工作加之迁移现象，半导体元件及多层布线板上的导体电路会发生突然短路。因此，多层布线板及半导体元件表面露出的导体图形必须与外界气氛隔绝。无论对于单个使用的裸芯片还是MCM，封装都是必不可少的。 封装除对混合电路起机械支撑、防水和防磁、隔绝空气等的作用外，还具有对芯片及电连接的物理保护、应力缓和、散热防潮、尺寸过渡、规格标准化等多种功能。
下面介绍几种混合集成电路中的新型封装工艺 一、非气密性树脂封装技术 1、单芯片封装 单芯片封装分气密性封装型和非气密性封装型两大类：前者包括金属外壳封接型、玻璃封接型(陶瓷盖板或金属盖板)、钎焊(Au/Sn共晶焊料)封接型；后者包括传递模注塑封型、液态树脂封装型、树脂块封装型等。其中传递模注塑封法价格便宜，便于大批量生产，目前采用最为普遍。 传递模注塑封技术 a.模注树脂成分及特性 树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲，可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。 树脂有天然树脂和合成树脂之分。天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。 按树脂分子主链组成分类 : 按此方法可将树脂分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。 碳链聚合物是指主链全由碳原子构成的聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯等。 杂链聚合物是指主链由碳和氧、氮、硫等两种以上元素的原子所构成的聚合物，如聚甲醛、聚酰胺、聚醚等。 元素有机聚合物是指主链上不一定含有碳原子，主要由硅、氧、铝、钛、硼、硫、磷等元素的原子构成，如有机硅。 b.传递模注工艺过程 先将模具预热，将经过微互连的芯片框架插入上下模具中，上模具下降，将芯片框架固定。 注塑压头按设定程序下降，树脂料饼经预加热器加热，粘度下降，在注塑压头压力作用下，由料筒经流道，通过浇口分配器进入浇口，最后注入到型腔中。 注入中不加压力，待封装树脂基本上填满每个型腔之后再加压力。在加压状态下保持数分钟，树脂聚合而硬化。 上模具提升，取出模注好的封装体。切除流道、浇口等不必要的树脂部分。 此时树脂聚合仍不充分，特性也不稳定，需要在160~180摄氏度经数小时的高温加热，使聚合反应完结。 由于模注时树脂可能从模具的微细间隙流出，故最后还要利用高压水及介质(玻璃粉等)的冲击力，使残留在外引脚表面的树脂溢料(又称毛边、飞边等)剥离。 外引脚经过电镀焊料或电镀Sn等处理，以改善引脚的耐蚀性及微互连时焊料与它的浸润性。至此，传递模注封装全部完成。 c.模注树脂流速及粘度对Au丝偏移(冲丝)的影响 封装树脂在型腔内流动会造成微互连Au丝的偏移(冲丝)。 为了减小Au丝偏移，应降低封装树脂的粘度，并控制封装树脂尽量缓慢的在型腔内流动。 2、多芯片封装 MCM封装也可按其气密性等级，分为气密封装和非气密封装两大类。非气密封装的代表是树脂封装法，依树脂的加入方式不同，进一步还可分为注型(casting)法、浸渍(dipping)法、滴灌(potting)法及流动浸渍法(粉体涂装法)等；气密性封装包括低熔点玻璃封接法、钎焊封接法、缝焊封接法及激光熔焊法等。 封装可靠性与其价格具有明显的关系，可靠性越高则封装价格越贵。 树脂封装价格低，但从可靠性角度，特别是耐湿性存在问题，对于可靠性要求高的大型电子计算机等领域，必须采用气密性封装。 采用钎焊密封法，可以做到完全的气密性封接，金属性腔体内还可封入氦气、氮气等非活性气体。但这种方法存在焊料与多层布线板上导体层之间的扩散问题，若在高温环境下使用，则耐热性及长期使用的可靠性都不能保证。 对可靠性有更高要求的应用，需采用熔焊法。其中之一是缝焊封接(seamweld),但现有缝焊焊机的功率有限，只能焊比较薄(厚度约0.15mm)的金属盖板，不能用于大型MCM。为了能对大型MCM中采用比较厚(0.25~0.5mm)的金属盖板进行熔焊封接，需要采用激光熔焊法。 采用缝焊封接时，先用环氧树脂及焊料等粘结剂，将陶瓷布线板支持固定在金属外壳中，而粘结剂在散热性及耐机械冲击性等方面都存在问题。为解决这些问题，可以在陶瓷布线板上，通过银浆料，粘结固定与布线板热膨胀系数基本相等的可伐或Fe/Ni42合金等密封环，并作为激光熔焊时的金属基体。 二、气密性封装技术 a.钎焊气密封接技术 钎焊气密封接是通过钎焊将金属外壳固定在多层布线板上，将IC芯片与外气绝缘。为了利用钎焊实现气密封接的目的，要求焊料与被钎焊材料之间具有良好的浸润性。通常采用Sn63/Pb37焊料。 为了钎焊金属封装外壳，需要在多层布线板表面的四周，形成与外壳相匹配、用于钎焊连接的导体图形。该导体图形与焊料间应有良好的浸润性，且与焊料的互扩散尽量小。一般是通过厚膜法，采用Cu浆料印刷。对于氧化铝陶瓷多层共烧基板来说，一般在W导体层上电镀Ni/Au层，以达到良好的浸润性。 金属外壳与多层布线板的热膨胀系数一般是不同的，因此对氧化铝布线板来说，最好选用可伐合金外壳。但可伐合金与焊料间的浸润性不好，通常金属外壳也需要电镀Ni/Au或Sn，以改善其浸润性。 钎焊封接时，将金属外壳扣在预钎焊的封接图形上，在大约240摄氏度下进行回流焊，此时外壳内的空气会膨胀，因此需要在金属外壳上制作空气向外逃逸用的小孔，而后，在氦气或氮气等非活性气氛中，用共晶焊料对小孔进行封接。 钎焊封接的金属外壳封装便于分解、重装，一般可保证在10次以上。因此，这种封接可用做通常气密性封装后半导体元件的初期不良品筛选。 钎焊封接中采用助焊剂，焊接过程中产生残渣，清洗助焊剂的三氯乙烷等有机清洗剂破坏臭氧层，不利于环保。 b.激光熔焊封接技术 激光熔焊适用于大型MCM及外形复杂的MCM，并能保证高可靠性。 其工艺过程如下：先在多层布线板的设定位置上，由Ag焊料固定作为熔焊金属基体的焊接环，将金属外壳扣在焊接环上，使两者处于紧密接触状态，用激光束照射密接部位，焊接环及与其密接部位的外壳金属同时熔化，经冷却完成气密封接。由于相同金属间便于熔焊，一般情况下焊接环与外壳都采用可伐合金。 激光熔焊封接法仅使焊接环与金属外壳间需要密封连接的部位瞬时达到高温再冷却。不像焊料封接那样，需要使多层布线板达到高温，因此，不必考虑金属外壳内部空气的膨胀问题，不需要在金属外壳上设置气孔。激光熔焊法可以在非活性气氛封接箱内完成气密性封接。 对熔焊封接外壳进行拆卸、重装是比较困难的，一般采取的是拆卸、重装焊接环的方式。因此，焊接环的高度一般保持在0.75mm以上，在每一次拆卸、重装过程中，焊接环需要研磨掉约100~200的高度，总共可进行2~3次返修、重装操作。 与钎焊封接法相比，激光熔焊法允许的拆卸、返修次数少，故在正式封装前，需要对半导体元件进行老化筛选，以去除初期不良的器件。 将无Pb的激光熔焊封接技术和无铅的芯片微互连技术相结合，就可以在完全不必采用Sn-Pb系焊料，实现封装的真正无无铅化。 随着集成电路工艺进入深亚微米时代，以金属代替金属铝作为晶圆上互连材料的迫切性越来越大。目前，在0.18微米工艺中，已有一些制造商采用了铜布线，而在0.13微米工艺中，以铜替代铝已是不争的事实。由于封装工艺的金属互连直接与晶圆上的金属互连相接触，并通过它们形成了器件与系统的点通路，因此，晶圆布线材料的变化，将对封装工艺产生深刻的影响。同时，由于芯片的特征尺寸越来越小，对引线键和工艺造成的压力也越来越大，因为要在如此细微的间距中进行引线键和，对于金属引信的尺寸要求和键和方法都是一种考验。因此，采用新的互连方法是唯一的选择。倒装（flip chip）焊或倒扣技术就是一个十分吸引人的选择。所谓的倒扣芯片封装技术，就是讲集成电路芯片的有源区面向基板的互联形式。所以，无论是引线键和还是凸缘键和，只要其芯片有源区面向基板，都称为倒扣芯片技术。从目前国际上对于倒扣芯片封装工艺的研究和应用情况来看，高互联密度、高性能器件的倒扣芯片封装技术，普遍采用以IBM C4技术为基本工艺，并加以一定的改进。这种技术的特点是可以达到相当高的互联密度，若同时采用陶瓷封装工艺的话，其器件的可靠性也很高，但它的价格亦十分昂贵，所以，它主要应用于航天航空工业及军事方面，以及一些对可靠性有特殊要求的场合。另一方面，在一些可靠性要求并不那么高，，芯片的输入/输出端
