薄厚膜集成电路PPT课件
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薄/厚膜 混合集成电路
.
1
参考教材：
1. 薄厚膜混合集成电路，国防工业出版社，1982，胡忠胥、 梁瑞林等
2. 厚薄膜混合微电子学手册，电子工业出版社，2005， Tapan K. Gupta
3. 混合微电路技术手册—材料、工艺、设计、试验和生产， 电子工业出版社，2004，James J.Licari, Leonard R.Enlow
➢ HIC代表了可以将IC与各种分立元器件在适
宜的基板上精密集成的先进分装理念
.
14
4.多芯片模块MCM (Multi Chip Module )
MCM这一术语普遍被人们接受是在20世纪 90年代初。随着半导体集成电路技术的进展， 出现超高速元件。若采用传统单个芯片封装 的形式分别搭载在印制电路板上，则芯片之 间布线引起的电气信号传输延迟，跟芯片内 部的延迟相比已不能忽略。因此，要实现电 子设备系统整体性能的提高变得越来越困难。 而若将多块芯片同时搭载在陶瓷等高密度多 层基板上实现整体封装，则可以大大缩短芯 片间的布线长度，减小电气信号传输延迟， 这便是产生MCM的背景。
MCM是混合微电路的延伸，差别只是在复 杂程度、密度和性能上有所不同。它实际上
是材料和工艺已被精炼和扩展从而使电性能 （如速度或密度）至少增加一个数量级的新 一代混合微电路
.
16
HIC, IC和分立元器件电路的优劣比较
1.HIC与分立元器件电路比较
➢ HIC比等效的分立元器件电路重量轻10倍， 体积小4~6倍
.
13
➢ HIC可视为将厚薄膜技术、半导体技术和其 他分立元器件技术相结合的不同的微电子元 器件的互连封装技术
➢ 在分类中，按互连基片的工艺可以分为薄膜 和厚膜，但混合电路也可按它们的功能来分 类，如数字、模拟、射频微波功率电路
➢ HIC是将分立元器件组装在电路板上的传统 设计和单一单元或封装的单片集成电路的中 间物。它最大的优势在于能够选择和混合不 同技术从而最大限度的满足实际需要
.
3
第一章 引言
混合集成电路（HIC）、半导体集成电 路（IC）与分立元器件电路
现代集成电路可分为半导体集成电路和 厚薄膜混合集成电路两大类，再加上散 装小型元器件的微型电路，统称为微电 子电路。
.
4
1.分立元器件电路
指电阻，电容，电感，晶体管等单一 特征元件实体按照一定的电路形式， 组成完成特定功能的实体。
8
SOI的作用——解决闩锁效应
.
9
功能
数字集成电路（门电路、存储器、微处理器等）
模拟集成电路（运算放大器、直流稳压电源、模数）
➢由于集成电路体积小，使电子运动距离大幅 度缩小，因此速度极快且可靠性高，电子信 息产品的很多核心功能都是通过集成电路来 实现的。
➢IC电路的优势仅当与其他集成电路、电阻器、 电容器等以混合电路的形式实现集成时才能 最佳化。
.
15
将高集成度、高性能、高可靠性的集成电路
裸芯片在高密度多层互连基板上用表面安装 技术组装成为多种多样的电子组件、子系统 或系统，称为多芯片组件。
MCM将多块未封装的集成电路芯片高密度 安装在基板上构成一个完整的部件
MCM还没有严格的定义，但由于MCM的魅 力，几乎每种电子模块都被吹嘘成MCM
分立元器件电路— 有源音箱
.
5
分立元器件电路——发射机
➢体积大，能耗高，故障率高。现主要用于实验、教学中。 ➢“用分立元件造P4的话，大概有国家大剧院那么大”
.
6
2.半导体集成电路（IC）
也叫单片集成电路（monolithic IC）. 其电路构建在单晶基片上，电路中含 有有源器件（晶体管、二极管等）、 无源元件（电阻、电容等）及它们之 间的互连导线，几乎所有的电路元器 件都是通过诸如外延生长、掩模杂质 扩散、氧化物生长、氧化物刻蚀、定 义图形的光刻等这些工艺制造在基片 内。最后，内部接触用铝与1%-2%硅 和2%-4%铜的合金做成。
.
10
3. 混合集成电路（Hybrid IC）
混合集成电路是一种将各种功能 的片式器件在预先做好导体图案 或导体与阻容组合图案的绝缘基 片上进行电气互连的电路。之所 以叫“混合”电路是因为它在一 种结构内组合两种不同的工艺技 术：有源芯片器件（半导体器件） 和成批制造的无源器件（电阻器， 导体等）
.
7
m
百度文库➢IC可以从不同角度分类
材料
Si 集成电路（〉95%） 绝缘体上硅（SOI） 锗硅（SiGe)、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）……
特征尺寸
0.25 m （深亚微米） 0.18 m （超深亚微米）
90 n m
65 n m 45 n m
.
Moore定律：IC中晶体 管的数目每隔两年就翻 一番，芯片性能每18个 月翻一番。
.
11
➢ 分立的片式元器件有晶体管、二极管、集成 电路、片电阻和电容器；成批制造的元器件 有导体、电阻器，有时还有电容器和电感器。
➢ 片式元器件是很小的没有包封的元器件。半 导体片式器件也叫裸芯片，尺寸范围从非常 小（12mil见方）的单个晶体管，到大至约 500mil见方高密度的集成电路（IC）
➢ 由于电阻器在基片上成批烧出，混合电路需 要的互连较少，可靠性比分立元器件电路有 很大改善
➢ HIC电阻器可以静态或动态调整到精密的值， 故能制造出分立元器件电路不可能达到的高 精度电路
4. 电子封装工程，清华大学出版社，2003，田民波编著
5. 电子产品制造技术，清华大学出版社，2005，王卫平主 编
.
2
课程内容：
混合集成电路发展简史及应用实例 混合电路中常用数学模型及设计、布图规则 厚膜电路工艺原理、使用材料和制作流程 厚膜制造中的膜沉积技术 薄膜材料的性质及薄膜膜沉积技术 电阻器阻值调整技术 分立元器件组装技术 封装技术及不同封装材料的性能 多芯片模块介绍 混合电路可靠性试验及失效分析
➢ 广义来说，已封装好的元器件用锡焊焊到印 有互连导线的陶瓷基片上的电路也可认为是 混合电路。
1m.il=25.4 m =0.0254mm
12
薄/厚膜混合 集成电路：在 基片上用成膜 方法制作厚膜 或薄膜元件及 其互连线，并 在同一基片上 将分立的半导 体芯片、单片 集成电路或微 型元件混合组 装，再外加封 装而成。按照 制作互连基片 工艺的不同， 分为薄膜电路 与厚膜电路。
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参考教材：
1. 薄厚膜混合集成电路，国防工业出版社，1982，胡忠胥、 梁瑞林等
2. 厚薄膜混合微电子学手册，电子工业出版社，2005， Tapan K. Gupta
3. 混合微电路技术手册—材料、工艺、设计、试验和生产， 电子工业出版社，2004，James J.Licari, Leonard R.Enlow
➢ HIC代表了可以将IC与各种分立元器件在适
宜的基板上精密集成的先进分装理念
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4.多芯片模块MCM (Multi Chip Module )
MCM这一术语普遍被人们接受是在20世纪 90年代初。随着半导体集成电路技术的进展， 出现超高速元件。若采用传统单个芯片封装 的形式分别搭载在印制电路板上，则芯片之 间布线引起的电气信号传输延迟，跟芯片内 部的延迟相比已不能忽略。因此，要实现电 子设备系统整体性能的提高变得越来越困难。 而若将多块芯片同时搭载在陶瓷等高密度多 层基板上实现整体封装，则可以大大缩短芯 片间的布线长度，减小电气信号传输延迟， 这便是产生MCM的背景。
MCM是混合微电路的延伸，差别只是在复 杂程度、密度和性能上有所不同。它实际上
是材料和工艺已被精炼和扩展从而使电性能 （如速度或密度）至少增加一个数量级的新 一代混合微电路
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HIC, IC和分立元器件电路的优劣比较
1.HIC与分立元器件电路比较
➢ HIC比等效的分立元器件电路重量轻10倍， 体积小4~6倍
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➢ HIC可视为将厚薄膜技术、半导体技术和其 他分立元器件技术相结合的不同的微电子元 器件的互连封装技术
➢ 在分类中，按互连基片的工艺可以分为薄膜 和厚膜，但混合电路也可按它们的功能来分 类，如数字、模拟、射频微波功率电路
➢ HIC是将分立元器件组装在电路板上的传统 设计和单一单元或封装的单片集成电路的中 间物。它最大的优势在于能够选择和混合不 同技术从而最大限度的满足实际需要
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第一章 引言
混合集成电路（HIC）、半导体集成电 路（IC）与分立元器件电路
现代集成电路可分为半导体集成电路和 厚薄膜混合集成电路两大类，再加上散 装小型元器件的微型电路，统称为微电 子电路。
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1.分立元器件电路
指电阻，电容，电感，晶体管等单一 特征元件实体按照一定的电路形式， 组成完成特定功能的实体。
8
SOI的作用——解决闩锁效应
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9
功能
数字集成电路（门电路、存储器、微处理器等）
模拟集成电路（运算放大器、直流稳压电源、模数）
➢由于集成电路体积小，使电子运动距离大幅 度缩小，因此速度极快且可靠性高，电子信 息产品的很多核心功能都是通过集成电路来 实现的。
➢IC电路的优势仅当与其他集成电路、电阻器、 电容器等以混合电路的形式实现集成时才能 最佳化。
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15
将高集成度、高性能、高可靠性的集成电路
裸芯片在高密度多层互连基板上用表面安装 技术组装成为多种多样的电子组件、子系统 或系统，称为多芯片组件。
MCM将多块未封装的集成电路芯片高密度 安装在基板上构成一个完整的部件
MCM还没有严格的定义，但由于MCM的魅 力，几乎每种电子模块都被吹嘘成MCM
分立元器件电路— 有源音箱
.
5
分立元器件电路——发射机
➢体积大，能耗高，故障率高。现主要用于实验、教学中。 ➢“用分立元件造P4的话，大概有国家大剧院那么大”
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2.半导体集成电路（IC）
也叫单片集成电路（monolithic IC）. 其电路构建在单晶基片上，电路中含 有有源器件（晶体管、二极管等）、 无源元件（电阻、电容等）及它们之 间的互连导线，几乎所有的电路元器 件都是通过诸如外延生长、掩模杂质 扩散、氧化物生长、氧化物刻蚀、定 义图形的光刻等这些工艺制造在基片 内。最后，内部接触用铝与1%-2%硅 和2%-4%铜的合金做成。
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3. 混合集成电路（Hybrid IC）
混合集成电路是一种将各种功能 的片式器件在预先做好导体图案 或导体与阻容组合图案的绝缘基 片上进行电气互连的电路。之所 以叫“混合”电路是因为它在一 种结构内组合两种不同的工艺技 术：有源芯片器件（半导体器件） 和成批制造的无源器件（电阻器， 导体等）
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百度文库➢IC可以从不同角度分类
材料
Si 集成电路（〉95%） 绝缘体上硅（SOI） 锗硅（SiGe)、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）……
特征尺寸
0.25 m （深亚微米） 0.18 m （超深亚微米）
90 n m
65 n m 45 n m
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Moore定律：IC中晶体 管的数目每隔两年就翻 一番，芯片性能每18个 月翻一番。
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➢ 分立的片式元器件有晶体管、二极管、集成 电路、片电阻和电容器；成批制造的元器件 有导体、电阻器，有时还有电容器和电感器。
➢ 片式元器件是很小的没有包封的元器件。半 导体片式器件也叫裸芯片，尺寸范围从非常 小（12mil见方）的单个晶体管，到大至约 500mil见方高密度的集成电路（IC）
➢ 由于电阻器在基片上成批烧出，混合电路需 要的互连较少，可靠性比分立元器件电路有 很大改善
➢ HIC电阻器可以静态或动态调整到精密的值， 故能制造出分立元器件电路不可能达到的高 精度电路
4. 电子封装工程，清华大学出版社，2003，田民波编著
5. 电子产品制造技术，清华大学出版社，2005，王卫平主 编
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2
课程内容：
混合集成电路发展简史及应用实例 混合电路中常用数学模型及设计、布图规则 厚膜电路工艺原理、使用材料和制作流程 厚膜制造中的膜沉积技术 薄膜材料的性质及薄膜膜沉积技术 电阻器阻值调整技术 分立元器件组装技术 封装技术及不同封装材料的性能 多芯片模块介绍 混合电路可靠性试验及失效分析
➢ 广义来说，已封装好的元器件用锡焊焊到印 有互连导线的陶瓷基片上的电路也可认为是 混合电路。
1m.il=25.4 m =0.0254mm
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薄/厚膜混合 集成电路：在 基片上用成膜 方法制作厚膜 或薄膜元件及 其互连线，并 在同一基片上 将分立的半导 体芯片、单片 集成电路或微 型元件混合组 装，再外加封 装而成。按照 制作互连基片 工艺的不同， 分为薄膜电路 与厚膜电路。