厚膜混合集成电路

获得2000年Nobel物理奖 获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的 年第一块集成电路： 公司的Kilby，12个器件，Ge晶片 ， 个器件， 晶片 年第一块集成电路 公司的 个器件
• 1964年人们提出了大规模集成电路的设想和 1964年人们提出了大规模集成电路的设想和 概念，并很快于1966 1966年研制成功大规模集成 概念，并很快于1966年研制成功大规模集成 电路。 电路。 大规模集成电路在提高集成度 可靠性、 在提高集成度、 大规模集成电路在提高集成度、可靠性、工 作频率和电路工作速度等技术性能方面的一 系列重大成就， 系列重大成就，使电子设备和电子系统出现 了崭新的面貌，从而使电子技术的发展进入 了崭新的面貌，从而使电子技术的发展进入 了第四代。 了第四代。
第一个CPU：4004 ： 第一个
Pentium III CPU芯片 芯片
• 综上所述，从第一只电子管的发明至今， 综上所述，从第一只电子管的发明至今， 电子技术的发展至少已经历四代 经历四代。 电子技术的发展至少已经历四代。而直到 现在仍在日新月异地向前发展。从第二代 现在仍在日新月异地向前发展。 之后， 之后，电子技术即逐步进入微电子技术的 发展阶段。 发展阶段。
2
元件数 门数
SSI < 10 2 < 10
M SI 10 2 ~ 1 0 10 ~ 1 0 2
3
LSI 10 3 ~ 10
5
V L SI 1 0 5 ~ 10
7
U L SI 10 7 ~ 10
9
G SI > 10 9 > 10 8
10 2 ~ 10 4
1 0 4 ~ 10 6
10 6 ~ 10 8
获得1956年 获得1956年 Nobel物理奖 Nobel物理奖
1947年12月23日 年 月 日 第一个晶体管 NPN Ge晶体管 晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
• 继晶体管的发明和应用之后，人们于1952年 继晶体管的发明和应用之后，人们于1952年 1952 又提出了集成电路的设想，并于1958 1958年 又提出了集成电路的设想，并于1958年，研 制成功第一块集成电路。同时， 制成功第一块集成电路。同时，由于膜式无 源元件制造技术的发展和应用， 源元件制造技术的发展和应用，各种混合集 成电路也相继出现。 成电路也相继出现。 • 集成电路的出现，使电子设备和系统在晶体 集成电路的出现 的出现， 管电路的基础上进一步小型化、轻量化、 管电路的基础上进一步小型化、轻量化、高 集成，并更适应于在高频、高速电路中工作， 集成，并更适应于在高频、高速电路中工作， 从而使电子技术进入了第三代 电子技术进入了第三代。 从而使电子技术进入了第三代。
第一章 概
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
述
微电子技术发展 微电子技术的分类 半导体IC与混合IC IC与混合IC的比较 半导体IC与混合IC的比较 厚膜混合集成电路的特殊问题 厚膜混合集成电路的基本工艺过程 混合集成电路的应用
1.1 微电子技术发展概况
• 什么是微电子学 • 什么是微电子技术 • 微电子技术的发展
• 1980年-90年代为超大规模混合集成阶段， 1980年 90年代为超大规模混合集成阶段， 年代为超大规模混合集成阶段 现已能在厚膜技术基础上综合利用半导体 技术、薄膜技术和其它最新技术成就， 技术、薄膜技术和其它最新技术成就，可 以制造能完成功能很复杂的超大规模的功 能块电路。 能块电路。 • 90年代后期，发明了多芯片模块（MCM）。 90年代后期，发明了多芯片模块（MCM）。 年代后期 MCM可使封装密度提高一个数量级 可使封装密度提高一个数量级， MCM可使封装密度提高一个数量级，性能上 改善一个数量级。 MCM是为满足80年代出 是为满足80 改善一个数量级。 MCM是为满足80年代出 现的超高密度高速度VLSIC VHSIC芯片的 VLSIC和 现的超高密度高速度VLSIC和VHSIC芯片的 封装需求而发展。 封装需求而发展。
1950
1960
1970
1948年电路由体积 年电路由体积 型向平面型转化
1959年大规模 年大规模 厚膜混合集成电路 问世技术诞生。
进 入 成 长 期
1970
1980
1976混合大规模 混合大规模 厚膜IC出现 出现。 厚膜 出现。
超大规模混合集成阶段
• 1948年发明了晶体管，并相继出现了许多小 1948年发明了晶体管， 年发明了晶体管 型无源元件(如小型电阻、电容、电感、 型无源元件(如小型电阻、电容、电感、继 电器、开关等) 电器、开关等)。由晶体管和各种小型无源 元件组成的电路在很大程度上满足了电子设 备日益复杂化所提出的一系列要求，使电子 要求， 技术进入了一个新的发展阶段。这就是电子 技术进入了一个新的发展阶段。这就是电子 技术发展的第二代。 技术发展的第二代。
电 子 学
微电子学
微电子科学技术的 战略地位
微电子： 微电子：信息社会发展的基石
• 自然界和人类社会的一切活动都在产生信 息。信息是客观事物状态和运动特征的一 种普遍形式，是人类社会、 种普遍形式，是人类社会、经济活动的重 要资源。 要资源。 • 社会的各个部分通过网络系统连接成一个 整体， 整体，由高速大容量光纤和通讯卫星群以 光速和宽频带地传送信息， 光速和宽频带地传送信息，从而使社会信 息化、网络化和数字化。 息化、网络化和数字化。
• 1959年大规模厚膜混合集成电路问世，并 1959年大规模厚膜混合集成电路问世， 年大规模厚膜混合集成电路问世 1962年开始批量生产 年开始批量生产。 于1962年开始批量生产。 • 1965年美国IBM公司首先将厚膜IC应用于 1965年美国IBM公司首先将厚膜IC应用于 年美国IBM公司首先将厚膜IC 电子计算机并获得成功， 电子计算机并获得成功，厚膜技术和厚膜 IC进入成熟和大量应用 进入成熟和大量应用。 IC进入成熟和大量应用。
微电子科学技术的 发展历史
• 电子技术的发展已经历了四个主要阶段(通 电子技术的发展已经历了四个主要阶段( 常称为四代) 常称为四代) • 二十世纪初发明了利用阴极热电子发射现 电子管， 象的电子管 象的电子管，利用电子管和其他各种无源 电子元件组成的电子电路实现了电信号的 发生、放大、调制、检波等各种功能。 发生、放大、调制、检波等各种功能。这 种以电子管为基本有源器件的电子电路和 电子设备为电子学的发展奠定了基础， 电子设备为电子学的发展奠定了基础，这 电子技术发展的第一代。 就是电子技术发展的第一代 就是电子技术发展的第一代。
微电子发展的规律 不断提高产品的性能价格比 是微电子技术发展的动力 集成电路芯片的集成度每三 集成电路芯片的集成度每三 年提高4倍 年提高 倍 ， 而加工特征尺 寸缩小 2 倍，这就是摩尔
定律
微电子技术发展的ROADMAP
基于市场竞争， 基于市场竞争 ， 不 断提高产品的性能价格 比是微电子技术发展的 动力。 动力。在新技术的推动 下，集成电路自发明以 来四十年， 来四十年，集成电路芯 片的集成度每三年提高 4倍 ， 而加工特征尺寸 倍 缩小 2 倍。这就是由 Intel 公 司 创 始 人 之 一 Gordon E. Moore博士 博士 1965年总结的规律，被 年总结的规律， 年总结的规律 称为摩尔定律。 称为摩尔定律。
微电子发展史上的几个里程碑
• 1962年Wanlass、C. T. Sah——CMOS技术 年 、 技术 现在集成电路产业中占95%以上 现在集成电路产业中占 以上 • 1967年Kahng、S. Sze ——非挥发存储器 年 、 非挥发存储器 • 1968年Dennard——单晶体管 年 单晶体管DRAM 单晶体管 • 1971年Intel公司微处理器 年 公司微处理器——计算机的心脏 公司微处理器 计算机的心脏
进 入 成 熟 期
1980
1990 多芯片模块 MCM技术 技术 诞生
2000
• 厚膜印—烧技术应用到电路上只有几十年的 厚膜印— 历史。 历史。 • 1943 年美国Centralab公司用厚膜技术为炮 年美国Centralab Centralab公司用厚膜技术为炮 弹的无线电引信生产了一种小型振荡－ 弹的无线电引信生产了一种小型振荡－放大 电路，标志着厚膜混合微电路的诞生。 电路，标志着厚膜混合微电路的诞生。 • 1948年晶体管的发明使有源器件的体积大大 1948年晶体管的发明使有源器件的体积大大 缩小，促进了电路由体积型结构向平面型结 缩小，促进了电路由体积型结构向平面型结 构转化，产生了真正意义上的平面化的厚膜 构转化， 混合电路并开始在工业产品和消费类产品中 应用。 应用。
微电子学： ● 微电子学：Microelectronics
– 微电子学 微型电子学 微电子学—微型电子学 研究电子系统、部件、元器件、 研究电子系统、部件、元器件、材料工艺的微型化 – 核心——集成电路 集成电路 核心
● 微电子技术
设计、制造、应用微型电子系统、集成电路、 设计、制造、应用微型电子系统、集成电路、器件
厚膜技术的发展
厚膜技术起源于古代— 厚膜技术起源于古代—唐三彩
四、厚膜技术的发展
萌 芽 期
成长期
成熟期
衰 退 期
1943年美国 年美国Centralab 年美国 厚膜小型振荡放大电路
1965年美国 年美国IBM公司 年美国 公司 首先将厚膜IC应用于 首先将厚膜 应用于 电子计算机
萌 芽 期
1940
厚膜混合集成电路
5处理器 IBM power 5处理器 技术集成了8 MCM 技术集成了8个芯片
1.2 微电子技术的分类
• 微电子技术分为三大类： 微电子技术分为三大类：
※ 小型电子封装器件 ※ 集成电路 ※ 功能器件
• 集成电路的分类方式： 集成电路的分类方式：
※ 器件结构类型 ※ 集成电路规模
– 目前全世界微机总量约 亿台，在美国每年由计算机完成 目前全世界微机总量约6亿台， 亿台 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 亿人年工作量。 的工作量超过 亿人年工作量 微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是 世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
• 1975年厚膜导体浆料、介质浆料有了新发 1975年厚膜导体浆料、 年厚膜导体浆料 使细线工艺和多层布线技术有了突破， 展，使细线工艺和多层布线技术有了突破， 促进了厚膜IC IC的组装密度的极大提高并使 促进了厚膜IC的组装密度的极大提高并使 二次集成”成为可能。 “二次集成”成为可能。 • 1976年混合大规模厚膜IC出现。 1976年混合大规模厚膜IC出现。 年混合大规模厚膜IC出现
第一台通用电 子计算机： 子计算机：
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Calculator
1946年2月14日 年 月 日 Moore School， ， Univ. of Pennsylvania
18,000个电子 个电子 管组成
大小： 大小：长24m，宽6m，高2.5m ， ， 速度：5000次/sec；重量：30吨； 速度： 次 ；重量： 吨 功率： 功率：140KW；平均无故障运行时间：7min ；平均无故障运行时间：
• 实现社会信息化的网络及其关键部件不管是 各种计算机和/或通讯机 或通讯机， 各种计算机和 或通讯机，它们的基础都是
微电子
– 1946年第一台计算机：ENIAC 年第一台计算机： 年第一台计算机
– 这样的计算机能够进入办公室、车间、连 这样的计算机能够进入办公室、车间、 队和家庭？ 队和家庭？当时有的科学家认为全世界只 要4台ENIAC。 台 。 – 目前，全世界计算机不包括微机在内有几 目前， 百万台，微机总量约6亿台 亿台， 百万台，微机总量约 亿台，每年由计算机 完成的工作量超过4000亿人年工作量。 亿人年工作量。 完成的工作量超过 亿人年工作量