薄厚膜混合微电路的应用

薄厚膜混合微电路的应用

1.引言

厚薄膜混合微电路以其元件参数范围广、精度和稳定性高、电路设计灵活性大、研制周期短等特点，可以较半导体集成电路适应更极端的工作环境，表现出高可靠性的优势，在各个领域的应用中发挥了重要作用。

2.应用

混合集成技术的应用越来越趋向于：①用多层布线和载带焊技术，对单片半导体集成电路进行组装和互连，实现二次集成，制作复杂的多功能、高密度大规模混合集成电路。②无源网路向更密集、更精密、更稳定方面发展，并且将敏感元件集成在它的无源网路中，制造出集成化的传感器。③研制大功率、高电压、耐高温的混合集成电路。④改进成膜技术，使薄膜有源器件的制造工艺实用化。⑤用带互连线的基片组装微型片状无引线元件、器件，以降低电子设备的价格和改善其性能。混合微电路相对于单片集成电路，它设计灵活，工艺方便，便于多品种小批量生产，并且元件参数范围宽，精度高，稳定性好，可以承受较高电压和较大功率。混合集成电路的应用以模拟集成电路、微波集成电路、光电集成电路为主，也用于电压较高、电流较大的专用电路中，在微波领域中的应用尤为突出。①

混合微电子产品概括起来有两种应用趋势：一种是要求高可靠性的高端应用，如美国人将厚薄膜电路产品大量用于航空航天、军事电子、高可靠性的医用电子产品、汽车电子及大功率电子产品；另一种用于强调低成本的商用电子产品，如日本人更多将厚薄膜电路用于家电之类的民用产品中，还有智能手表、智能手机、智能音箱、蓝牙耳机等消费电子领域的产品。混合物微电路技术在低成本的商用电子产品上的应用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。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以及各个行业都有重要应用。②

2.1汽车行业

汽车行业是混合微电子学的一个重要市场。在过去以及将来的10年，对混合微电子来说，它可能是增长最快的领域。汽车电

子技术经历了独立控制的晶体管、集成电路时代，到后来的微电脑辅助系统时代，到现在的ASIC（多路通讯专用集成电路）时代，汽车中的许多电子装置都是用混合微电子构成其基本部分，如压力传感器、防抱死制动系统、汽车点火控制系统和发电机电压调节器等，混合微电路在恶劣的环境下仍能出色的工作。③

图1 点火系统组件

图2 用厚膜混和电路制造的汽车压力传感器

汽车发动机汽车点火控制系统所在的发动机部分是汽车上工作环境最恶劣的地方，这要求在这样的环境下工作的部件耐久性要好，所以和半导体制成的部件比，厚膜混合集成电路的稳定性和高可靠性便表现出来了其优势。另一个混合微电路的应用就是用于发动机控制软件开发和汽车校验的ROM-AID电路上。

2.2医用电子行业

医用电子学是混合微电路商业应用的一个领域。该领域要求长期可靠和高密度的电路。此外，它可能需要以不规则的基片形状

来满足特殊外形封装的要求。医用混合电路必须通过甚至比军用更为严格的测试，为了植入人体，必须没有沾污。

医用电子学的广泛领域包括：生命支持和监护病人用的仪器、助听器和心脏起搏器。心脏起搏器市场发展特别快，作为最合理的封装手段，混合电路在这个市场上也同样快速发展。

图3 制造在共烧基板上的心脏起搏器

如图3所示是一个制造在175微米厚的陶瓷带上的心脏起搏器，有六层导体和约400个填充的通孔。另外，混合电路还可用于制作阻止心室肌肉紊乱的心脏除颤器，它所要求的电路是相当复杂的，必须利用最新的混合电路技术才能将其用于人体植入。④

2.3计算机工业

在计算机工业,混合微电路一般用于集成存储器。数字处理单元。数据转换器。电源电路。打印装置中的热印字头等。计算机工业也在扩大使用混合电路和多芯片模块。位于加州的Cupertino的微模块系统公司是CPU子系统和多芯片模块的主要供应商。他们的CPU模块系列产品是为笔记本电脑和其他小型系统设计的。其Gemini和Apollo 模块工作在90~133MHz核心时钟频率，它将因特尔奔腾处理器，

Cirrus Logic Vesuvius或Intel PCI，256KB脉冲高速缓冲存储器SRAM和国家半导体公司的温度传感器，全都集成在体积为49mm*54mm*4mm的多芯片模块中。⑤

图4 笔记本产品

2.4军用武器

二战以来，战争工具发生了巨变，出现了例如激光武器、电磁武器、动力武器、生物武器等一系列超常规武器。这些新型的军事装备的革新主要依靠先进的电子系统使尽量多的参战工具小型化、电子化

和智能化。混合微电路是现代军事工业和航空航天的重要基础元件，对电子系统的发展具有巨大影响。厚膜混合微电路一般会用作高稳定度、高精度、小体积的模块电源，传感器电路，前置放大电路，功率放大电路等。

航空航天星载和弹载电子系统、卫星通信、遥测遥控全球定位系统中也都有各种类型的混合微电路。阿波罗飞船中有251种、14740个混合微电路。火箭和卫星的姿态控制，卫星上的光电系统和电源装置等都离不开混合微电路。军用机载电子装备对体积小、重量轻的要求越加苛刻。在各种军用飞机中 , 普遍使用混合微电路改进电子系统的性能, 缩小体积 , 减轻重量。休斯 A H-64直升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。F-111飞机的电子系统采用厚膜 HIC, 比用分立器件时的体积缩小了 75% ,重量减轻 62. 5% ,可靠性提高 3. 5倍。

雷达作为常规武器,雷达已经问世半个多世纪。微电子技术加

速了雷达的现代化、智能化 , 相控阵雷达就是一例。与上世纪60年代相比 , 现在的相控阵雷达 , 功能提高 6000倍 , 平均无故障间隔时间提高 230倍 , 重量和功耗大大减小。薄膜混合集成采样检

图6 航天飞机上的应用

测器，用于雷达故障自动检测系统的数字信号采样及脉冲检测 ,视频输入灵敏度为 50mV, 检波输入灵敏度为100mVp-p, 正电源电流为 25m A, 负电源电流为 10m A。基板尺寸为 8m m× 8mm , 内含2个半导体 IC芯片 , 3只电容 , 1只电感 , 若用分立器件组装 ,体积为 30mm× 20m m× 10mm ,现在的体积缩小了 5 /6。⑥

2.5石油工业

随着浅层油气资源的开采殆尽, 越来越多的探井表现为大深度井、高温井乃至超高温井。这就对测井仪器的耐高温性能提出严峻的挑战。当前, 国内的常规的测井仪器耐温指标多为125～150℃, 明显满足不了这些探井的基本勘探要求。制约测井仪器耐温性能无法提升的主要原因就是其电子线路部分耐温性能低。而使用混合微电路设计的这个测井仪器所占空间尺寸仅为传统PCB板的1/10，重量为其1/5。经过高温测试，它的耐高温能力提升50摄氏度，冲击震动方面也大大增强。它的成功验证了混合微电路技术在石油工业中测井仪器制造领域广泛应用推广的可行性，为未来高温化、微型化测井仪器的研制提供了借鉴。⑦