厚膜混合集成電路的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

周璇

厚膜混合集成電路是用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等厚膜工藝在同一基片上制作無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，并在其上組裝分立的半導(dǎo)體器件芯片或單片集成電路或微型元件，再外加封裝而成的混合集成電路，厚膜混合集成電路是一種微型電子功能部件。

一、厚膜混合集成電路的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

厚膜混合集成電路的特點(diǎn)是元件參數(shù)范圍廣、精度和穩(wěn)定度高、電路設(shè)計(jì)靈活性大、研制生產(chǎn)周期短，適合于多種小批量生產(chǎn)。在電性能上，它能耐受較高的電壓、更大的功率和較大的電流。厚膜微波集成電路的工作頻率更是可以達(dá)到4G赫茲以上。厚膜混合集成電路與半導(dǎo)體集成電路相互補(bǔ)充、相互滲透，廣泛應(yīng)用于軍用、民用系統(tǒng)設(shè)備中，對(duì)電子設(shè)備的微型化起到了重要的推動(dòng)作用。

隨著技術(shù)的發(fā)展，厚膜混合集成電路使用范圍日益擴(kuò)大，主要應(yīng)用于航天電子設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)、汽車(chē)工業(yè)、音響設(shè)備、微波設(shè)備以及家用電器等。由此可見(jiàn)，厚膜混合集成電路業(yè)已滲透到許多工業(yè)部門(mén)。在歐洲，厚膜混合集成電路在計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用占主要地位，然后才是遠(yuǎn)程通信、通訊、軍工與航空等部門(mén)。而在日本，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品大量采用厚膜混合集成電路。美國(guó)則主要用于宇航、通訊和計(jì)算機(jī)，其中以通訊所占的比例最高。

在航空和宇航行業(yè)，厚膜混合集成電路由于其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的靈活性、小型化、輕量化、高可靠性、耐沖擊和振動(dòng)、抗輻射等特點(diǎn)，在機(jī)載通信、雷達(dá)、火力控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)以及衛(wèi)星和各類(lèi)宇宙飛行器的通信、電視、雷達(dá)、遙感和遙測(cè)系統(tǒng)中獲得大量應(yīng)用。

在軍工行業(yè)，厚膜電路一般用作高穩(wěn)定度、高精度、小體積的模塊電源，傳感器電路，前置放大電路，功率放大電路等。在汽車(chē)行業(yè)，厚膜電路一般用作發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器、電子點(diǎn)火器和燃油噴射系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)工業(yè)，厚膜電路一般用于集成存儲(chǔ)器、數(shù)字處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電源電路、打印裝置中的熱印字頭等。

在民用通訊設(shè)備中，厚膜混合集成壓控振蕩器、模塊電源、精密網(wǎng)絡(luò)、有源濾波器、衰減器、線(xiàn)路均衡器、旁音抑制器、話(huà)音放大器、高頻和中頻放大器、接口阻抗變換器、用戶(hù)接口電路、中繼接口電路、二/四線(xiàn)轉(zhuǎn)換器、自動(dòng)增益控制器、光信號(hào)收發(fā)器、激光發(fā)生器、微波放大器、微波功率分配器、微波濾波器、寬帶微波檢波器等諸多產(chǎn)品均是采用厚膜混合集成電路。

在民用儀器儀表及機(jī)床數(shù)控行業(yè)，厚膜混合集成電路一般用于各種傳感器接口電路、電荷放大器、小信號(hào)放大器、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)變換器、濾波器、IGBT等功率驅(qū)動(dòng)器、功率放大器、電源變換器等。在其它領(lǐng)域，厚膜多層步線(xiàn)技術(shù)已成功用于數(shù)碼顯示管的譯碼、驅(qū)動(dòng)電路，透明厚膜還用于冷陰極放電型、液晶型數(shù)碼顯示管的電極。

此外，厚膜技術(shù)在許多新興的與電子技術(shù)交叉的邊緣學(xué)科中也具有持續(xù)發(fā)展的潛力，有關(guān)門(mén)類(lèi)有：磁學(xué)與超導(dǎo)膜式器件、聲表面波器件、膜式敏感器件（熱敏、光敏、壓敏、氣敏、力敏）、膜式太陽(yáng)能電池、便攜音箱鋰電池、集成光路等。

二、厚膜混合集成電路的技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀

目前，由于厚膜混合集成電路在功率電路方面的優(yōu)勢(shì)，其主導(dǎo)產(chǎn)品主要集中在混合集成DC/DC變換器、調(diào)寬功放等功率類(lèi)器件方面。

國(guó)外生產(chǎn)通用高可靠厚膜混合電路的主要廠家有：美國(guó)Crane Interpoint公司、美國(guó)VPT公司、美國(guó)International Rectifier公司、MDI公司、美國(guó)DDC公司、MSK公司、linear公司等。由于起步早，技術(shù)成熟，國(guó)際上厚膜混合集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空間領(lǐng)域、航天、航空、兵器、民用航天器、運(yùn)輸機(jī)及精密儀器設(shè)備領(lǐng)域，在軍用、民用領(lǐng)域均發(fā)揮著重要的作用。

上世紀(jì)80年代混合集成電路的技術(shù)體現(xiàn)在表面安裝技術(shù)方面，以表面貼裝元器件大量應(yīng)用，使得混合集成電路在高可靠性、體積小、重量輕等方面優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮。90年代則發(fā)展到MCM多芯片組件組裝技術(shù)方面，從二維的MCM技術(shù)逐步過(guò)渡到三維的MCM立體組裝技術(shù)，使得產(chǎn)品的組裝效率得到大幅度的提高，產(chǎn)品的重量和體積也得到降低和縮小。2000年以后，混合集成技術(shù)則向著系統(tǒng)化方向發(fā)展，隨著多層共燒、多層布線(xiàn)技術(shù)的成熟，SIP、SOP等一系列新興混合集成技術(shù)層出不窮，把混合集成電路推廣到了更多高端應(yīng)用領(lǐng)域，在產(chǎn)品的功率密度、封裝密度、功能的系統(tǒng)化等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

目前國(guó)內(nèi)混合集成電路經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，走過(guò)了（下轉(zhuǎn)第67頁(yè)）（上接第59頁(yè)）仿制、改進(jìn)的技術(shù)發(fā)展階段，現(xiàn)在已經(jīng)逐步進(jìn)入了以自主研制、自主創(chuàng)新為主體的發(fā)展模式。隨著混合集成電路應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，除了大量用于軍事電子裝備外，在消費(fèi)類(lèi)、通訊、汽車(chē)等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，已為軍工、民用電子裝備提供了大量高端混合集成電路。 但是，與國(guó)外先進(jìn)的混合集成技術(shù)相比較，國(guó)內(nèi)混合集成技術(shù)目前尚未完全脫離技術(shù)跟仿的老路，在高端生產(chǎn)、調(diào)試、檢測(cè)裝備方面、高端原材料、漿料和半導(dǎo)體芯片方面都還要大量依賴(lài)進(jìn)口，同時(shí)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝控制技術(shù)及相關(guān)支撐技術(shù)方面也都還有較大差距，還需要通過(guò)大量的努力和實(shí)踐來(lái)縮小直至超越國(guó)際先進(jìn)水平。

三、厚膜混合集成電路的發(fā)展趨勢(shì)

厚膜混合集成技術(shù)產(chǎn)品將會(huì)隨新技術(shù)的引入而不斷地變化與擴(kuò)展，這些新材料和新工藝技術(shù)會(huì)使產(chǎn)品的性能越來(lái)越強(qiáng)，可靠性越來(lái)越高，同時(shí)體積越來(lái)越小。總體而言，系統(tǒng)化、集成化、高功率密度化是厚膜混合集成技術(shù)未來(lái)發(fā)展的三大趨勢(shì)，具體發(fā)展的方向如下：

開(kāi)發(fā)應(yīng)用多層布線(xiàn)。高密度組裝和三維電路，向具有單元系統(tǒng)功能的大規(guī)模厚膜混合集成電路發(fā)展。

開(kāi)發(fā)價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的各種新型基板材料、漿料與包封材料，如 SIC基板、外殼、瓷釉基板、 G-10環(huán)氧樹(shù)脂板等，賤金屬系漿料、樹(shù)脂漿料等，高溫穩(wěn)定性良好的包裝材料與玻璃低溫包封材料等。

采用各種新型片式元器件，如微型封裝結(jié)構(gòu)器件（SOT、QFN），功率微型模壓管，大功率晶體管，各種半導(dǎo)體集成電路芯片，各種片式電阻器、電容器、電感器與各種片式可調(diào)器件、R網(wǎng)絡(luò)、C網(wǎng)絡(luò)、RC網(wǎng)絡(luò)、二極管網(wǎng)絡(luò)、三極管網(wǎng)絡(luò)等。

充分發(fā)揮厚膜混合集成電路的特長(zhǎng)，繼續(xù)向多功能、大功率方向發(fā)展，并不斷改進(jìn)材料和工藝，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，降低生產(chǎn)成本，以增強(qiáng)厚膜混合集成電路的生命力和在電子產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

在利用厚膜集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用表面組裝技術(shù)、薄膜集成技術(shù)、半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)和各種特殊加工技術(shù)，制備多品種、多功能、高性能、低成本的微型電路，如厚膜微片電路、厚薄膜混合集成電路、高靈敏度厚膜傳感器及其它各種新型電路等。

推廣 CAD、CAM與CAT技術(shù)在厚膜混合集成電路設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的應(yīng)用，生產(chǎn)工藝逐步向機(jī)械化、半自動(dòng)化、全自動(dòng)化方向過(guò)渡，不斷提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本與改善厚膜混合集成電路的可靠性。

（作者單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十三研究所）