薄厚膜集成电路引言
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缺点： 制作出的晶体管和二极管等有源器件还未达到实用程度，
且工艺装备较复杂、成本较高，难制成大功率器件和进行高 密度组装。
厚膜集成电路
采用丝网印刷、喷涂和烧结（或聚合）等厚膜技术， 将组成电路的电子元器件及其连线，以厚膜的形式制作 在绝缘基板上所构成的整体电路。
优点：无源元件的精度较高，参数范围广、稳定性高、可 靠性好、元件间绝缘良好、高频特性好、易于制造出高压、 大电流和大功率电路、电路设计灵活性大，生产成本低， 适用于自动化和多品种小批量生产。生产设备投资小。
薄厚膜混合集成电路，国防工业出版社，1982， 胡忠胥、梁瑞林等
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
第一章 引言
半导体两大产业分支：
集成电路
将组成电路的有源和无源元器件（晶体管、二极 管、电阻、电容和电感等）及其连线一起制作在 半导体基片或绝缘基板上，直接构成一个完整的 具有一定功能的微型电路。
组装工艺：贴装、互连和封装的物理方 法和物理加热步骤，如粘贴器件、线焊、 锡焊、密封等
1.2混合微电路的发展历史
20世纪40年代 1960-65年 1975年
钛酸盐陶瓷基片上的电阻和电极构成电路 晶体管 厚膜电路 计算机系统中使用了厚膜电路
混合微电路
20世纪90年代
混合微电子行业以爆炸式的增长快速发展
1.4 混合微电路应用
wenku.baidu.com
两种应用趋势
高可靠性的高端应用
低成本的商用电子产品
汽车行业
医用电子学
计算机工业
模拟/数字变换器（A/D）
军用武器系统
使用各种各样的混合电路，如导弹、卫星、飞行器、 直升飞机、手持武器、舰载设备和潜艇导航设备。
1.5 混合微电路技术的重要性
➢ 混合微电路技术是21世纪的技术，有着美好的发展前 景，从总体上讲，混合微电路和多芯片模块技术是达 到高密度、高性能和高可靠性的互连封装的唯一有效 手段
国内外HIC水平对比
厚膜印刷线宽/间距 光刻厚膜线宽/间距
厚膜导体层数 调阻精度最高 LTCC基板层数最高
国外 0.075mm 0.03mm
6 0.1% 103
国内 0.15mm 0.05mm
4 0.1%
48
作业： 1. 论述什么是混合集成电路？它
与分立器件电路，单片集成电 路比较有什么特点？
2. 除课件已列出的实例外，另举 两例混合集成电路的应用实例。
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。
薄膜集成电路
利用真空蒸发、溅射、光刻等薄膜技术，将构成电路的电 子元器件及连线，以薄膜的形式制作在绝缘基板上所构成的整 体电路。
优点： 无源元件的精度高，参数范围广、稳定性高、可靠性好、
元件间绝缘良好、高频特性好、电路设计灵活性大。
分立器件
由二极管三极管电阻电容等独立的元器件组成的 具有一定功能的器件。
关于几个概念：
什么是混合微电子学？ 薄厚膜技术、半导体器件技术和其他分立元
器件技术结合的不同的微电子元器件的互连封装
按制造工艺分类
单片、薄膜、厚膜和混合集成电路。
单片集成电路（IC）： 其电路构建在单晶基片上。
采用工艺技术： 外延、 氧化、光刻、 扩散、 蒸发和离子注入
混合电路相对于单片IC 的优点
➢由于用于设计和工、模具的成本更低，适合于中小批量 产品生产
➢设计更改容易 ➢出样周期短，能尽快投产 ➢可选用高性能元器件（基片和外贴元件） ➢能将不同工艺的元器件混合组装，使设计灵活性更好
➢允许返工，便于以合理的成品率生产复杂的电路，并允 许适当的返修
1.1 混合微电路的族谱
西欧 与日本相当，用于通讯工业数量最多。
薄厚膜电路的发展动向
逐步形成以厚膜电路为主、薄膜电路为辅的生 产局面。
朝着大规模集成方向发展。 新一代薄厚膜电路的制造技术已形成一个综合
性很强的技术体系。 生产加工普遍实行自动化操作。
薄厚膜电路的材料及其元器件发展动向
基板材料 电阻材料 导体材料 有源器件 各种片状元件、网络 同一基板上同时采用厚薄膜工艺 自动化高密度组装技术 新设备、新仪器
国内发展
➢ 基板导体特征尺寸进一步减小，布线层数进一步提高，更多 无源元件被做在基板内部。
➢ 从应用的角度看，混合集成电路有3个发展方向：高频电路、 大功率电路和高精度电路。
➢ 从工艺技术的角度讲，将向实现系统级集成的多芯片模块方 向发展。
➢ 混合集成电路分会有会员单位50余家。研制、生产混合集成 电路的单位有近20家，骨干单位有中电科技集团43所、24 所、13所、兵器214所、航天771所、北京七星华创电子股 份有限公司、北京飞宇微电子有限责任公司、青岛半导体研 究所、深圳振华微电子有限公司、陕西华经微电子股份有限 公司、天水华天微电子有限公司、湖北东光电子股份有限公 司、重庆川仪微电路有限责任公司、北京新雷能有限责任公 司、上海得律风根电子有限公司以及广东风华高新科技集团 有限公司等。
微电子学
印刷电路板
膜
或刻蚀电路板
集成电路和
m
分立元器件
厚膜
薄膜
混合微电路或多芯片模块
HIC与MCM一般性能的比较
特性 芯片数量 每片I/O数量 每模块I/O数量 线宽和间距（mil） 层间介质的介电常数 层间介质材料 应用 系统时钟频率 每模块的功耗（W） Si芯片面积/基片表面积
混合电路 2~50 <50 <100 >5 5~10 氧化铝陶瓷 模拟、混合信号 DC~GHz <10 <15%
混合电路的优点
混合电路相对于分立元 器件电路的优点
➢体积小，重量轻
➢电路路径短，寄生参数易控制
➢由于组装简单和有功能微调能力，系统设计更简单，致 使系统成本降低
➢由于连接少，金属间的界面少及更好的抗冲击和振动能 力，故有更高的可靠性
➢由于混合电路是预先测试过的功能块，系统容易测试， 故障追踪更容易
多芯片模块 2~>100 >250 >200 <5 <5 陶瓷、聚合物涂覆或塑性层压材料 多为数字 50~>200 2~1000 >30% >100%(三维模块)
制造工艺：淀积光刻胶、紫外光曝光和 显影、氧化物生成、掺杂、离子注入、 气相淀积、离子溅射、丝网印刷、烧成、 刻蚀、调阻等
微电子学工艺
辅助工艺：清洗、退火、稳定性烘烤等
电子元器件及互连导线一起制作在半导体基片上 构成一个不可分离的整体电路。
优点： 集成度高、体积小、重量轻、功耗小、
可靠性高、寿命长、生产效率高、成本低， 适用于大批量生产。
缺点：
①难以制造出高精度和高阻值的电阻、大容量电容、 电感等元器件以及大功率、大电流、耐高压和高频 等特殊用途的电路。
②电路设计周期长、修改设计困难、工艺装备复杂；
③不适应灵活多品种的小批量生产。
IC可以从不同角度分类
材料 Si 集成电路 （〉95%） 绝缘体上硅（SOI--Silicon-On-Insulator）
锗硅（SiGe)、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）……
特征尺寸 0.25 0.18 90 65 45 7~10
深亚微米 超深亚微米
纳米级
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）
薄厚膜混合集成电路技术
西安邮电大学 金蕾
本课程内容
混合集成电路概念、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、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沉积技术 电阻器阻值调整技术 分立元器件组装技术
参考书
厚薄膜混合微电子学手册，电子工业出版社， 2005，Tapan K. Gupta
有源音箱
发射机
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
➢重量轻 ➢ 可靠性高 ➢ 精度高 ➢ 导热能力强 ➢ 更适合高频、高速应用场合
2. HIC与IC比较
➢ 成本低，工艺灵活，适合小到中批量生产 ➢更适合做定制电路 ➢ 集成密度低 ➢精度高，稳定性好，可以承受较高的电压和较大的功率
特点: 混合集成电路是将一个电路中所有元件的功能部分集 中在一个基片上，能基本上消除电子元件中的辅助部分和各 元件间的装配空隙和焊点，因而能提高电子设备的装配密度 和可靠性。
种类: 网印烧结和真空制膜。
无源网路厚膜
无源网路薄膜
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。
缺点：有源器件还未达到实用程度，无源元件的特性和精 度方面较薄膜元件差些。
混合集成电路（ Hybrid IC ）
采用半导体、薄膜、厚膜技术相结合而制成的集成 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）。
中国
中小规模IC的混合电路
多芯片组件(MCM)
封装内系统(SIP) 系统封装(SOP)
思考题： 对比我国的混合集成电路发展？
1.3选用混合微电路的理由
➢ 尺寸、导体线宽、分辨率、可重复生产性以及成本； ➢ 军事和宇航系统的体积和质量的限制越来越多； ➢ 特殊功能的混合电路正在医学植入装置方面呈现巨大市场； ➢ HIC能够在恶劣环境下高可靠地完成电路功能。
➢ 作为混合微电路基础的厚膜和薄膜技术除了在电路的 互连封装方面的应用外，在其他技术领域如能源技术、 显示技术、微电子机械系统和纳米技术等方面都有重 要应用
国外的生产情况
美国 最早发展厚薄膜电路，产值、产量处 于世界之首。主要用于军事工业、航天、通 讯设备和计算机。
日本 第二大厚薄膜电路生产国。实力雄厚， 有很多第一流的制造厂。松下、东芝等
且工艺装备较复杂、成本较高，难制成大功率器件和进行高 密度组装。
厚膜集成电路
采用丝网印刷、喷涂和烧结（或聚合）等厚膜技术， 将组成电路的电子元器件及其连线，以厚膜的形式制作 在绝缘基板上所构成的整体电路。
优点：无源元件的精度较高，参数范围广、稳定性高、可 靠性好、元件间绝缘良好、高频特性好、易于制造出高压、 大电流和大功率电路、电路设计灵活性大，生产成本低， 适用于自动化和多品种小批量生产。生产设备投资小。
薄厚膜混合集成电路，国防工业出版社，1982， 胡忠胥、梁瑞林等
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
第一章 引言
半导体两大产业分支：
集成电路
将组成电路的有源和无源元器件（晶体管、二极 管、电阻、电容和电感等）及其连线一起制作在 半导体基片或绝缘基板上，直接构成一个完整的 具有一定功能的微型电路。
组装工艺：贴装、互连和封装的物理方 法和物理加热步骤，如粘贴器件、线焊、 锡焊、密封等
1.2混合微电路的发展历史
20世纪40年代 1960-65年 1975年
钛酸盐陶瓷基片上的电阻和电极构成电路 晶体管 厚膜电路 计算机系统中使用了厚膜电路
混合微电路
20世纪90年代
混合微电子行业以爆炸式的增长快速发展
1.4 混合微电路应用
wenku.baidu.com
两种应用趋势
高可靠性的高端应用
低成本的商用电子产品
汽车行业
医用电子学
计算机工业
模拟/数字变换器（A/D）
军用武器系统
使用各种各样的混合电路，如导弹、卫星、飞行器、 直升飞机、手持武器、舰载设备和潜艇导航设备。
1.5 混合微电路技术的重要性
➢ 混合微电路技术是21世纪的技术，有着美好的发展前 景，从总体上讲，混合微电路和多芯片模块技术是达 到高密度、高性能和高可靠性的互连封装的唯一有效 手段
国内外HIC水平对比
厚膜印刷线宽/间距 光刻厚膜线宽/间距
厚膜导体层数 调阻精度最高 LTCC基板层数最高
国外 0.075mm 0.03mm
6 0.1% 103
国内 0.15mm 0.05mm
4 0.1%
48
作业： 1. 论述什么是混合集成电路？它
与分立器件电路，单片集成电 路比较有什么特点？
2. 除课件已列出的实例外，另举 两例混合集成电路的应用实例。
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。
薄膜集成电路
利用真空蒸发、溅射、光刻等薄膜技术，将构成电路的电 子元器件及连线，以薄膜的形式制作在绝缘基板上所构成的整 体电路。
优点： 无源元件的精度高，参数范围广、稳定性高、可靠性好、
元件间绝缘良好、高频特性好、电路设计灵活性大。
分立器件
由二极管三极管电阻电容等独立的元器件组成的 具有一定功能的器件。
关于几个概念：
什么是混合微电子学？ 薄厚膜技术、半导体器件技术和其他分立元
器件技术结合的不同的微电子元器件的互连封装
按制造工艺分类
单片、薄膜、厚膜和混合集成电路。
单片集成电路（IC）： 其电路构建在单晶基片上。
采用工艺技术： 外延、 氧化、光刻、 扩散、 蒸发和离子注入
混合电路相对于单片IC 的优点
➢由于用于设计和工、模具的成本更低，适合于中小批量 产品生产
➢设计更改容易 ➢出样周期短，能尽快投产 ➢可选用高性能元器件（基片和外贴元件） ➢能将不同工艺的元器件混合组装，使设计灵活性更好
➢允许返工，便于以合理的成品率生产复杂的电路，并允 许适当的返修
1.1 混合微电路的族谱
西欧 与日本相当，用于通讯工业数量最多。
薄厚膜电路的发展动向
逐步形成以厚膜电路为主、薄膜电路为辅的生 产局面。
朝着大规模集成方向发展。 新一代薄厚膜电路的制造技术已形成一个综合
性很强的技术体系。 生产加工普遍实行自动化操作。
薄厚膜电路的材料及其元器件发展动向
基板材料 电阻材料 导体材料 有源器件 各种片状元件、网络 同一基板上同时采用厚薄膜工艺 自动化高密度组装技术 新设备、新仪器
国内发展
➢ 基板导体特征尺寸进一步减小，布线层数进一步提高，更多 无源元件被做在基板内部。
➢ 从应用的角度看，混合集成电路有3个发展方向：高频电路、 大功率电路和高精度电路。
➢ 从工艺技术的角度讲，将向实现系统级集成的多芯片模块方 向发展。
➢ 混合集成电路分会有会员单位50余家。研制、生产混合集成 电路的单位有近20家，骨干单位有中电科技集团43所、24 所、13所、兵器214所、航天771所、北京七星华创电子股 份有限公司、北京飞宇微电子有限责任公司、青岛半导体研 究所、深圳振华微电子有限公司、陕西华经微电子股份有限 公司、天水华天微电子有限公司、湖北东光电子股份有限公 司、重庆川仪微电路有限责任公司、北京新雷能有限责任公 司、上海得律风根电子有限公司以及广东风华高新科技集团 有限公司等。
微电子学
印刷电路板
膜
或刻蚀电路板
集成电路和
m
分立元器件
厚膜
薄膜
混合微电路或多芯片模块
HIC与MCM一般性能的比较
特性 芯片数量 每片I/O数量 每模块I/O数量 线宽和间距（mil） 层间介质的介电常数 层间介质材料 应用 系统时钟频率 每模块的功耗（W） Si芯片面积/基片表面积
混合电路 2~50 <50 <100 >5 5~10 氧化铝陶瓷 模拟、混合信号 DC~GHz <10 <15%
混合电路的优点
混合电路相对于分立元 器件电路的优点
➢体积小，重量轻
➢电路路径短，寄生参数易控制
➢由于组装简单和有功能微调能力，系统设计更简单，致 使系统成本降低
➢由于连接少，金属间的界面少及更好的抗冲击和振动能 力，故有更高的可靠性
➢由于混合电路是预先测试过的功能块，系统容易测试， 故障追踪更容易
多芯片模块 2~>100 >250 >200 <5 <5 陶瓷、聚合物涂覆或塑性层压材料 多为数字 50~>200 2~1000 >30% >100%(三维模块)
制造工艺：淀积光刻胶、紫外光曝光和 显影、氧化物生成、掺杂、离子注入、 气相淀积、离子溅射、丝网印刷、烧成、 刻蚀、调阻等
微电子学工艺
辅助工艺：清洗、退火、稳定性烘烤等
电子元器件及互连导线一起制作在半导体基片上 构成一个不可分离的整体电路。
优点： 集成度高、体积小、重量轻、功耗小、
可靠性高、寿命长、生产效率高、成本低， 适用于大批量生产。
缺点：
①难以制造出高精度和高阻值的电阻、大容量电容、 电感等元器件以及大功率、大电流、耐高压和高频 等特殊用途的电路。
②电路设计周期长、修改设计困难、工艺装备复杂；
③不适应灵活多品种的小批量生产。
IC可以从不同角度分类
材料 Si 集成电路 （〉95%） 绝缘体上硅（SOI--Silicon-On-Insulator）
锗硅（SiGe)、砷化镓（GaAs）、碳化硅（SiC）……
特征尺寸 0.25 0.18 90 65 45 7~10
深亚微米 超深亚微米
纳米级
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）
薄厚膜混合集成电路技术
西安邮电大学 金蕾
本课程内容
混合集成电路概念、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、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沉积技术 电阻器阻值调整技术 分立元器件组装技术
参考书
厚薄膜混合微电子学手册，电子工业出版社， 2005，Tapan K. Gupta
有源音箱
发射机
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
➢重量轻 ➢ 可靠性高 ➢ 精度高 ➢ 导热能力强 ➢ 更适合高频、高速应用场合
2. HIC与IC比较
➢ 成本低，工艺灵活，适合小到中批量生产 ➢更适合做定制电路 ➢ 集成密度低 ➢精度高，稳定性好，可以承受较高的电压和较大的功率
特点: 混合集成电路是将一个电路中所有元件的功能部分集 中在一个基片上，能基本上消除电子元件中的辅助部分和各 元件间的装配空隙和焊点，因而能提高电子设备的装配密度 和可靠性。
种类: 网印烧结和真空制膜。
无源网路厚膜
无源网路薄膜
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。
缺点：有源器件还未达到实用程度，无源元件的特性和精 度方面较薄膜元件差些。
混合集成电路（ Hybrid IC ）
采用半导体、薄膜、厚膜技术相结合而制成的集成 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）。
中国
中小规模IC的混合电路
多芯片组件(MCM)
封装内系统(SIP) 系统封装(SOP)
思考题： 对比我国的混合集成电路发展？
1.3选用混合微电路的理由
➢ 尺寸、导体线宽、分辨率、可重复生产性以及成本； ➢ 军事和宇航系统的体积和质量的限制越来越多； ➢ 特殊功能的混合电路正在医学植入装置方面呈现巨大市场； ➢ HIC能够在恶劣环境下高可靠地完成电路功能。
➢ 作为混合微电路基础的厚膜和薄膜技术除了在电路的 互连封装方面的应用外，在其他技术领域如能源技术、 显示技术、微电子机械系统和纳米技术等方面都有重 要应用
国外的生产情况
美国 最早发展厚薄膜电路，产值、产量处 于世界之首。主要用于军事工业、航天、通 讯设备和计算机。
日本 第二大厚薄膜电路生产国。实力雄厚， 有很多第一流的制造厂。松下、东芝等