第1章混合集成电路基片1
集成电路基础知识培训课件(PPT 33页)
集成电路制造流程
1、掩膜版加工 2、晶圆加工
前工序
3、中测（切割、减薄、挑粒）
4、封装或绑定
后工序
5、成测
集成电路制造流程
掩膜版加工
在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到wafer制造中 间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造。这一部分是流程衔接的关 键部分，是流程中造价最高的一部分，也是限制最小线宽的瓶颈之一。
引脚数≥00mil时，俗称宽体。
3、前、后工序:IC制造过程中, 晶圆光刻的工艺(即所谓流 片),被称为前工序,这是IC制造的最要害技术;晶圆流片后, 其切割、封装等工序被称为后工序。
中测（硅片的测试）
中测（Wafer test）是半导体后道封装测试的第一站。 中测有很多个名称，比如针测、晶圆测试、CP（Circuit Probing）、 Wafer Sort、Wafer Probing等等。 中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，然后打上红点或者是黑点。
随着IC高度集成化、芯片和封装面积的增大、封装层的薄壳 化以及要求价格的进一步降低，对于模塑料提出了更高且综合性 的要求。
2、集成电路封装形式的简介
集成电路的封装形式有很多，按封装形式可分 三大类，即双列直插型、贴片型和功率型。
在选择器件封装形式应首先考虑其胶体尺寸和 脚间距这两点。胶体尺寸是指器件封装材料部分的 宽度（H），一般用英制mil来标注；脚间距是指器 件引脚间的距离（L），一般用公制mm来标注。
集成电路的英文是：Integrated Circuit 简称为IC
2、集成电路的分类
• 通用集成电路General IC 例如单片机、存储器等，通用都可以理解为一般常用的。
• 专用集成电路Application Specific Integrated Circuit 简称为ASIC ASIC是专门为了某一种或几种特定功能而设计的，它也 是相对于通用集成电路而言的，除通用的一些集成电路外， 都可称为专用集成电路。
第1章集成电路设计导论
1、微电子（集成电路）技术概述 2、集成电路设计步骤及方法
1
集成电路设计步骤
➢ “自底向上”（Bottom-up）
“自底向上”的设计路线，即自工艺开始，先进行单元设 计，在精心设计好各单元后逐步向上进行功能块、子系统 设计直至最终完成整个系统设计。在模拟IC和较简单的数 字IC设计中，大多仍采用“自底向上”的设计方法 。
5
半定制方法
半定制的设计方法分为： 门阵列（GA：Gate Array）法； 门海（GS：Sea of Gates）法； 标准单元（SC: Standard Cell）法； 积木块（BB：Building Block Layout）； 可编程逻辑器件（PLD：Programmable Logic Device)设计法。
标准单元法也存在不足：பைடு நூலகம்
(1) 原始投资大：单元库的开发需要投入大量的人力物力；当工艺变化时， 单元的修改工作需要付出相当大的代价，因而如何建立一个在比较长的时 间内能适应技术发展的单元库是一个突出问题。 (2) 成本较高：由于掩膜版需要全部定制，芯片的加工也要经过全过程，因 而成本较高。只有芯片产量达到某一定额(几万至十几万)，其成本才可接受。
不满足 后仿真
满足
VLS流I数片、字封I装C、的测设试 计流图
功能要求
系统建模 （Matlab等）
不满足 电路仿真
满足 手工设计
版图 不满足
后仿真 满足
模流拟片、IC封的装、设测计试 流图
3
集成电路设计方法
➢ 全定制方法（Full-Custom Design Approach） ➢ 半定制方法（Semi-Custom Design Approach）
混合集成电路介绍
混合集成电路介绍混合集成电路（又叫厚膜集成电路）。
是利用如丝网印刷机，膜厚测试仪，烧结炉，激光修调机，自动贴片机等设备在基片上以膜的形式印刷导体、电阻、包封釉等浆料，并通过烘干烧结等工序，再将各种弱电的电子元器件用表面贴装技术高密度地进行组装，然后再行数据写入、调整测试、封装等后期工作做成一个局部电路。
同时还可再采用表面贴装技术（SMT）将各种微型元器件进行二次集成，以及采用裸芯片装配技术制造多芯片电路（MCM）。
它的优点是：1．由于混合集成电路可以使用各种电气元件，一般都采用为它专门生产的电阻、电容、集成电路、继电器、传感器等，这些元器件往往体积小，重量轻，性能千变万化。
使得这种电路具有体积很小，重量很轻，又可实现其强大的功能。
2．可应用各种电路基板，例如印制电路板、电气绝缘塑料板、陶瓷基片等而具有不同的机械性能。
3．能使用各种不同的包装，例如塑封、金属、半金属封装、胶封或裸封等。
因而具有不同的外形、体积和防护性能。
4．通常在自动生产的流水线上生产的，因此它的生产速度快、成本低、性能的一致性好、更适宜于大批量生产。
5．它可应用到不同的领域，例如宇航、军事、汽车行业、电视、程控交换机、通讯、雷达导航、炮弹引信、游戏娱乐设备、移动通信、汽车、摩托车、计算机、数据处理等点火电路、DC/DC电源模块、变频电路、调速电路、网路电路。
1、电路介绍：（1）制造导体串联电阻小，线条间距小（最小达0.2㎜）电阻温度系数低（最低为 50ppm），电阻精度高（达万分之五）。
（2）多层，高密度、高精度、低漂移、体积小、寿命长。
（3）厚膜电路产品性能：基板:96-99%氧化铝，导体:钯银,铂银,金,钯金2、电阻：（1）阻值范围:100毫欧至20兆欧（2）阻值误差:可低至+0.05%（3）温度系数: +50ppm (-55℃~+125℃)（4）稳定性: ≤0.4% (70%满负荷1000小时)（5）功率损耗: 100W/平方英寸3、介质：（1）绝缘电阻: ≥1011Ω（2）介质常数: 9贴装器件: 芯片或各类表面贴装型器件.组装方法: 芯片线焊及回流焊接.包封: 环氧树脂裹封.混合集成技术经过三十多年的发展，已成为微电子技术的两重要组成部分之一。
微波混合集成电路 单片集成电路
在当今的智能手机、平板电脑、无人驾驶汽车等高科技产品中，微波混合集成电路和单片集成电路一直扮演着关键的角色。
它们是现代电子设备中不可或缺的组成部分，为设备的高性能和高效率提供了坚实的基础。
本文将从深度和广度层面对微波混合集成电路和单片集成电路进行全面评估，并据此撰写一篇有价值的文章，帮助读者更深入地理解这两个重要的电子技术。
1. 微波混合集成电路微波混合集成电路是一种在微波频率范围内工作的集成电路。
它主要用于无线通信系统、雷达系统和卫星通信系统等领域。
微波混合集成电路能够实现高频信号的变换、合成和放大，为无线通信系统的稳定运行提供了强大支持。
1.1 微波混合集成电路的组成微波混合集成电路通常由混频器、放大器、滤波器、耦合器和功率分配器等组件组成。
这些组件通过精密的工艺和复杂的布局，实现了对高频信号的精确处理和控制，为系统的性能提升奠定了坚实基础。
1.2 微波混合集成电路的应用微波混合集成电路广泛应用于5G通信系统、毫米波雷达系统、卫星通信系统等高频率设备中。
它们能够实现信号的变频、合成和放大，为高频信号的处理提供了重要支持。
1.3 个人观点和理解从我个人的角度来看，微波混合集成电路在现代无线通信系统中扮演着至关重要的角色。
它们为高频信号的处理和传输提供了坚实的技术支持，为无线通信技术的发展贡献了重要力量。
2. 单片集成电路单片集成电路是把整个电路集成在一块单一的硅片上，它是现代电子设备中最常见的集成电路类型之一。
单片集成电路能够实现复杂的功能，包括了逻辑运算、存储、数字信号处理等，为现代电子设备的高性能提供了重要保障。
2.1 单片集成电路的组成单片集成电路通常由晶体管、电阻、电容、存储器单元和控制逻辑单元等组件组成。
这些组件通过微电子制造工艺，实现了对复杂功能的高度集成，为电子设备的智能化提供了坚实基础。
2.2 单片集成电路的应用单片集成电路广泛应用于微处理器、存储器、通讯芯片等各种电子设备中。
第一章混合集成电路的基片
2. 导热系数 在大功率电路中，基片的 导热系数K是选择基片的一 个主要指标。 电路温升的影响： ①膜材再结晶、氧化，甚 至熔化、蒸发 ②端头、膜、基片间的互扩 散、反应扩散、电化学腐蚀
表 Al2O3和BeO基板性能
性能 材 料 组成 热胀系数 热导率 体电阻率 介电常 介质损耗 密度 绝缘强度 最高使 抗弯强度 (×10-6) (J／cm°C ( .cm) Ω -4 (g／ ( 10 ) (kV／cm) 用温度 数 × 2 (25 C ／ ° (N／cm ) (25~ S)(25°C/ cm3) (1MHz) (1MHz) (°C) (60Hz) 800° C) 300°C) 500°C) 31360 32340 39200 58800 18620 7.5 7.7 8.1 8.2 8.5 0.167/ 0.109 0.200/ 0.126 0.293/ 0.145 0.335/ 0.167 0.264／ 0.117 8.5 9.3 9.7 9.8 6.8 5 3 1 1 2 ＞1014/ 9×109 ＞1015／ 3×1010 ＞1015/ 8×1012 ＞1015/ l×1012 ＞1017 5×1013 150 150 160 l500 1550 1750 1800 1800
99.5％ Al2O3 陶瓷电性能优良，光洁度较高（细晶陶瓷， 未经研磨，粗糙度1 μm）。适于低损耗、高频电路应用， 是目前微波集成电路中应用最广泛的基板材料。 但99.5％ Al2O3 基板烧结温度高，价格贵，与厚膜的结合 较差。厚膜可用85％和75％Al2O3瓷，成本较低。氧化铝基 板的一般尺寸精度为宽±1％、厚±10％、反翘0.1／25mm以 下。 2. BeO基片 最大特点是高热导率，在常温下为2.64J／cm·℃·s， 仅次于银、铜、金而与铝相近，约为氧化铝的10倍。 机械强度不如氧化铝，但体积电阻率大、介电常数小、 高频下损耗小，适于作高频、大功率电路基板。 氧化铍基板能与大多数厚膜浆料相容。但氧化铍粉末有 毒，材料价格较贵，限制了它的应用。
厚膜混合集成电路 课件第1章
2
元件数 门数
SSI <102 <10
MSI 102 ~ 10 3 10 ~ 102
LSI 103 ~ 10 5 102 ~ 104
VLSI 105 ~ 10 7 104 ~ 106
ULSI 107 ~ 10 9 106 ~ 108
GSI >109 >108
厚膜技术的发展
厚膜技术起源于古代—唐三彩
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
• 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年研制成功大规模集成 电路。 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，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 了第四代。
2．难以把各种不同类型的、性能差异很大的 元器件集成在同一衬底上； 难以外贴组装上各种具有特殊性能的元器件；
因此很难制成各种多功能的复杂的模拟电路。
3．半导体衬底的绝缘性能不如陶瓷、玻璃、 蓝宝石等绝缘基板，因此其元器件之间的 隔离不够完善； ● 造成寄生效应大，这样就会使电路在高频 下难以稳定地工作； ● 难以制造大功率、大电流、高电压等各种 有特殊要求的电路；
• 1968年Dennard——单晶体管DRAM
• 1971年Intel公司微处理器——计算机的心脏
– 目前全世界微机总量约6亿台，在美国每年由计算机完成 的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特泰克公司认 为：微处理器、宽频道连接和智能软件将是21世纪改变 人类社会和经济的三大技术创新
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 年提高4倍，而加工特征尺 寸缩小 2 倍，这就是摩尔
集成电路版图基础-CMOS版图篇01
沟道长度 L 电流方向
设计中，常以宽度和长度值的比例式即宽 长比（W/L）表示器件尺寸。 例：假设一MOS管，尺寸参数为20/5。则 在版图上应如何标注其尺寸。
20/5
3、图形绘制
英特尔65纳米双核处理器的扫描电镜(SEM)截面图
常用图层 版图图层名称 Nwell Active Pselect Nselect Poly cc Metal1 Metal2 Via 含义 N阱 有源扩散区 P型注入掩膜 N型注入掩膜 多晶硅 引线孔 第一层金属 第二层金属 通孔
“混合棒状图”法：
矩形代表有源区(宽度不限)； 实线代表金属； 虚线代表多晶硅；
“×”代表引线孔。其它层次不画,
通常靠近电源vdd的是P管，靠近地线gnd 的是N管。
反相器棒状图
电路图-棒状图-版图
a
b
练习
三输入与非门、或非门棒状图
注意：
不同软件对图层名称定义不同； 严格区分图层作用。
版图图层名称 cc（或cont） Via
含义 引线孔（连接金属与多晶硅 或有源区） 通孔（连接第一和第二层金 属）
MOS器件版图图层 ——PMOS
N阱——NWELL P型注入掩模——PSELECT 有源扩散区——ACTIVE 多晶硅栅——POLY 引线孔——CC 金属一——METAL1 通孔一——VIA 金属二——METAL2
MOS器件版图图层 ——NMOS
N型注入掩模——NSELECT 有源扩散区——ACTIVE 多晶硅栅——POLY 引线孔——CC 金属一——METAL1 通孔一——VIA 金属二——METAL2
微波混合集成电路 单片集成电路
微波混合集成电路单片集成电路微波混合集成电路单片集成电路1. 引言在当今的通信和电子领域，微波混合集成电路和单片集成电路无疑是两个备受关注的重要主题。
微波混合集成电路是指将微波集成电路与其他传输媒介相结合，以实现信号的混合、变频、放大等功能。
而单片集成电路则是指集成了大量电子元器件和电路功能的微型芯片，是现代电子设备中的核心之一。
本文将围绕这两个主题展开深入探讨，并分享个人观点和理解。
2. 微波混合集成电路微波混合集成电路是微波通信系统中的关键组成部分，具有较高的频率和带宽特性，常用于雷达、通信和射频前端等领域。
其核心技术包括微带线、耦合器、滤波器、放大器等。
在微波混合集成电路中，微带线起着连接和传输信号的作用，耦合器用于信号的耦合和分配，滤波器用于滤波和频率选择，放大器用于信号的放大和增益控制。
3. 单片集成电路单片集成电路是现代电子设备中不可或缺的部分，它将大量的电子元器件和电路功能集成在一个芯片上，实现了设备的小型化、轻便化和功能化。
单片集成电路广泛应用于计算机、智能手机、家电、车载电子等领域。
其核心技术包括MOS管、CMOS工艺、芯片设计、布线和封装等。
在单片集成电路中，MOS管是实现电路功能的基本元件，CMOS工艺为芯片提供了低功耗、高集成度的优势，芯片设计和封装则是确保芯片功能和性能的关键环节。
4. 个人观点和理解作为一名电子工程师，我对微波混合集成电路和单片集成电路有着深刻的理解和经验。
我认为微波混合集成电路的发展将会在雷达、通信和射频领域发挥更加重要的作用，其在高频率、高带宽等方面的优势将会得到更广泛的应用。
而单片集成电路的发展则将会进一步推动电子设备的智能化和功能化，为人们的生活和工作带来更多的便利和可能性。
5. 总结与展望通过本文的深入探讨，我对微波混合集成电路和单片集成电路有了更为全面、深刻和灵活的理解。
微波混合集成电路和单片集成电路作为电子领域中的重要主题，其发展将对通信、电子设备和信息技术产生深远的影响。
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用于厚膜电路的96%氧化铝陶瓷基片表面粗糙度轮廓
2）基片翘度 （平整度）
翘度 —— 基片最高点与最低点的距离除 以发生翘曲方向上的最大的尺寸，单位为 in/in或mil/in。 高的翘度会影响光刻或丝网印刷后得到的图 案的质量。
翘度
1.2.2 基片的电气特性
在混合集成电路中，基片除了承载膜状元件 和外贴元器件之外，还起着电绝缘作用，在 极个别的地方，基片还作为电容器的介质使 用。
3. 机械强度
基片应具有一定的机械强度，以承受电路、 外接电路、外贴器件，以及在封装时的机械 应力和热应力的冲击。
4. 基片热学性质和力学性质对薄膜电 阻器性能的影响
热膨胀系数失配对电阻膜的方块电阻和电阻 温度系数均能发生影响。
1.2.4 基片的化学稳定性
基片的化学稳定性对混合集成电路的性能关 系非常重大。无论是厚膜元件还是薄膜元件， 有时要求在较高的温度下（500~1000℃）进 行烧结或热处理。因此基片在这一温度范围 不应发生分解或者释放出气相物质。这一要 求，限制了许多有机材料作为基片使用。
复习
微电子材料种类 1. 导体 conductor 2. 绝缘体 insulator (1) 基片 substrate (2) 衬底 substrate (3) 钝化层 passivation layer 3. 半导体 semiconductor
基片和衬底的区别
基片 —— 将电阻、电容及金属导体做在它的 上面。 衬底 —— 在其内部产生半导体、电阻和导体 区域。
电阻
+VCC
片 集 成 电 路 单
晶体管
C
E B
n+
SiO2
p
+
N−
p
p
P − Si
+
n+
R
Vo
n
+
N
−
p
p+
n+
Vi
T
合 集 成 电 路
混
E B
SiO2
GND
电阻
n+
晶体管
p
−
N+
N
基片
衬底
薄厚膜混合集成电路
混合集成电路(hybrid IC)：一种结构内既有半导体 芯片和片式元件，又有采用薄膜和厚膜工艺成批制 造的导体、电阻器，有时还有电容器和电感器 半导体芯片（semiconductor chip ）：集成电路芯 片或器件芯片 薄膜工艺 (thin film process)——金属化采用真空蒸 发淀积或溅射淀积。膜厚30Å—25000Å 厚膜工艺 (thick film process)——金属化采用丝印 和烧结。 膜厚 0.1mil—几mil
1. 体电阻率 要求大
陶瓷材料的体电阻与温度的关系
2. 介电特性
要求小的介电常数和低的介电损耗
1.2.3 基片的热学性质与力学性质
在电路的制作中以及工作工程中，基片经 常受到热应力和力学的作用。如果基片与膜 状材料的热膨胀系数不一样，就会引起应力， 从而影响电路的特性。
1. 热膨胀
尽可能与装配器件的热膨胀系数匹配，以便 减小应力，避免热循环时的开裂。
各种基片、薄膜材料热膨胀系数
热膨胀系数
对于可近似看做一维的物体，这时的热膨胀 系数可简化定义为：单位温度变化所导致的 长度的增加量与的原长度的比值，即线膨胀 系数。 单位温度变化所导致的体积变化百分比，即 热膨胀系数。
2.导热系数要求大
导热系数定义
导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材 导热 料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1小 时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为 瓦/米•度 （W/m•K，此处为K可用℃代替）。
2．描述基片的几何特征尺寸的参数
（1）表面粗糙度（光洁度） 粗糙度（光洁度）—— 与横贯表面上峰 点和谷点中心线的平均偏差，单位为µin 。 当薄膜电阻做很粗糙的表面时，容易形成 不完全的、断裂的、有微裂的、有应力的和 部连续的膜。
用于薄膜电路的99.6%氧化铝陶瓷基片表面 粗糙度轮廓
用于薄膜电路的99.6%氧化铝陶瓷基片表面粗糙度轮廓
1.2.4基片的化学稳定性
基片的化学稳定性主要是指基片不受各种腐 蚀液和电解液的侵蚀。氧化铝、氧化铍、和 氮化铝具有很好的化学稳定性，是优良的基
1. 基片平整度、光洁度高 2．良好的电气性能（绝缘性能） 3．高的导热系数 4．与其他材料相匹配的热膨胀系数 5．良好的机械性能 6．高稳定性 7．良好的加工性能 8．价格便宜
1．1．2 混合集成电路对基片的要求
1．基片平整度、光洁度高 2．良好的电气性能（绝缘性能） 3．高的导热系数 4．与其他材料相匹配的热膨胀系数 5．良好的机械性能 6．高稳定性 7．良好的加工性能 8．价格便宜
1．2 基片性能及其对电路的影响
1.2.1 基片表面 1．表面缺陷 在混合集成电路中，基片的性能对电路的性 能和可靠性的影响是非常大的。根据表面缺 陷尺度的大小，基片表面缺陷大致可以分为 下面四类：
基片性能及其对电路的影响集成电 路对基片的要求
1. 2. 3.
4.
基片表面： 表面缺陷 粗糙度 平整度 基片的电气特性： 体电阻率 介电特性 基片的热学性质和力学性质：热膨胀 导热 系数 机械强度 基片的化学稳定性：抗腐蚀液和电解液的侵 蚀
混合电路
芯片
第一章 混合集成电路基片
主要教学知识点或能力要求
1. 掌握混合集成电路对基片的要求； 2. 了解基片性能及其对混合集成电路的影响。
1．1混合集成电路对基片的要求
1．1．1 基片在电路中的作用 在混合集成电路中，基片承载薄厚 膜元件、互连、外贴元器件以及包封等 作用。在大功率电路中，基片还有散热 作用。
根据表面缺陷尺度的大小，基片表面 缺陷大致可以分为下面四类：
（1）原子尺度的缺陷：点缺陷、位错线、 解理面上的单原子突出部分。 （2）亚微米尺度的缺陷：抛光划痕、拉制 玻璃是留下的伤痕、气孔。 （3）微米尺度缺陷：研磨划痕、多晶基片 材料的晶界、针孔等。 （4）宏观缺陷：表面弯曲，烧结是掉在基 片上的融粒。