薄膜混合集成电路工艺讲座
薄膜混合集成电路工艺讲座
常用薄膜导体材料性能 金属 块金属电阻率 （μΩ·cm） 1.62 1.73 2.44 2.68 趋肤深度 f=1GHz (μm) 2.03 2.09 2.49 2.61 膜厚1000Å 方块电阻 （μΩ/□） 0.18 0.20 0.27 0.33
Ag Cu Au Al
（3)常用的多层金属化系统 3)常用的多层金属化系统 1°NiCr/Au 系统 <500Å Au6-8um 目前2.5um 工艺简单、不适于高温,比如烧结温度下可能互 扩散，降低与基片的附着力，是目前我们用的 薄膜。 2°TiW/Au TiW/Au系统 <500Å/Au 1um TiW/Au 没电阻，工艺简单，无高温互扩散。 3°TaN/TiW/Au TaN/TiW/Au系统，不可锡焊。 TaN/TiW/Au 4°Cr/Cu/Ni/Au Cr/Cu/Ni/Au系统 Cr/Cu/Ni/Au 500Å/4μm/1μm/500Å Cu为导电层 Ni为阻挡层
NiCr膜 NiCr膜
NiCr膜也是常用的电阻膜材料，其主要成份是 NiCr(80:20)。掺入微量的Al、Si、Fe、Au 等，可使电阻温度系数接近于0。膜的厚度 也是影响电阻温度系数的主要因素之一。
该合金块状电阻率约为100μΩ·cm。膜厚 1000Å时电阻率为15Ω/□ 。
（2）导体膜
对薄膜导体的要求： 1.)微波损耗小。 损耗的原因：1°电阻 2°超肤深度δ 一般要求： 集总参数电容的电极厚度应为 1～2δ, 微带线厚度 3～5δ, 平面螺旋电感 10δ, 2）有较高的分辨率 3）基片附着力好 4）焊接能力好 5）耐候性好
5º TaN/TiW/Au/Ni/Au TaN/TiW/Au/Ni/Au系统， 25～100Ω/□∕300～500Å/0.5～ 7.6μm/0.9～1.8μm/0.5～2.5μm 可锡焊PbSn，Au/Su焊，Epoxy Wirebonding 电阻层/粘附层/导电层/阻挡层/防氧化 可键合层,有良好高温性能，可在400～ 450℃范围稳定地工作不扩散。
新型光电器件中的薄膜混合集成电路设计与制造
新型光电器件中的薄膜混合集成电路设计与制造近年来，随着科技的快速发展和人们对智能设备的需求不断增加，新型光电器件在各个领域都得到了广泛的应用。
而其中，薄膜混合集成电路的设计与制造是实现光电器件功能实现的关键。
薄膜混合集成电路是以薄膜技术为基础，将不同材料的薄膜层结合在一起，形成功能多样的电子器件。
与传统的硅基集成电路相比，薄膜混合集成电路具有体积小、重量轻、能耗低、灵活性高等优势，适用于各种新型光电器件的设计与制造。
在薄膜混合集成电路的设计中，首先需要确定设计的目标和需求。
根据不同的光电器件应用，设计人员需要明确电路的功能和性能要求，如信号放大、滤波、数字转换等。
同时，还需要考虑到电路的功耗、面积、可靠性等因素，以便在设计过程中做出合理的权衡。
在设计过程中，针对不同功能模块，可以采用不同的薄膜材料和工艺。
例如，对于放大器模块，可以选择高迁移率的有机半导体材料，并利用有机薄膜的湿式沉积或真空蒸镀技术，制备薄膜材料层。
对于滤波器模块，可以利用薄膜堆叠技术，将多层不同材料的薄膜组合在一起，形成复合滤波器结构。
这些不同的薄膜材料和工艺的选择，可以实现电路的功能多样性和系统的集成度。
设计完成后，接下来是薄膜混合集成电路的制造过程。
制造的关键在于薄膜层的制备和器件的加工。
对于薄膜层的制备，可以采用不同的方法，如溅射、蒸镀、柔性印刷等。
这些方法能够通过控制沉积的条件和参数，实现薄膜的均匀性和质量要求。
对于器件的加工，可以采用光刻、薄膜退火、干法刻蚀等工艺，用以形成电路的图形和器件的结构。
此外，薄膜混合集成电路的封装和测试也是制造过程中的关键环节。
封装是将电路连接到外部世界的接口，常用的封装方式包括COB（Chip on Board）和CSP （Chip Scale Package）等。
测试是验证电路性能和功能的过程，主要通过特定的测试设备和方法来进行，如电流-电压（I-V）测试、频响测试等。
这些环节的成功实施能够保证薄膜混合集成电路的质量和可靠性。
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
柔性电路中的薄膜混合集成电路封装工艺优化
柔性电路中的薄膜混合集成电路封装工艺优化随着电子技术的快速发展，柔性电路的应用正逐渐走进我们的日常生活。
作为一种新兴的电子封装技术，柔性电路在可穿戴设备、智能手机等领域具有广阔的应用前景。
而薄膜混合集成电路作为柔性电路中的关键技术，封装工艺的优化显得尤为重要。
本文将对柔性电路中的薄膜混合集成电路封装工艺进行优化探讨。
在柔性电路中，薄膜混合集成电路封装工艺是实现电子器件与柔性衬底之间密封、保护和连接的重要环节。
薄膜混合集成电路封装工艺的发展需要考虑以下几个方面的优化：封装材料的选择、封装工艺的优化和封装结构的设计。
首先，封装材料的选择对柔性电路的性能和可靠性有着重要影响。
在选择封装材料时，需要考虑柔性电路的应用环境、可加工性、耐热性、耐腐蚀性和性价比等因素。
目前市场上常用的封装材料主要有聚酰亚胺、醋酸纤维等。
聚酰亚胺具有良好的耐高温性、机械强度和化学稳定性，适用于高性能柔性电路的封装；而醋酸纤维具有良好的柔韧性和可加工性，适用于一般的柔性电路封装。
因此，在薄膜混合集成电路封装工艺中，应根据实际需求选择合适的封装材料，以提高柔性电路的可靠性和可加工性。
其次，封装工艺的优化对柔性电路的性能和可靠性同样具有重要作用。
柔性电路的封装工艺主要包括基板准备、印刷、固化、切割、贴合等步骤。
在这些工艺步骤中，需要注意的是保证工艺参数的精确控制和工艺过程的稳定可靠。
例如，在印刷过程中，需要控制印刷速度、印刷压力、墨厚等参数，以确保印刷精度和一致性。
在固化过程中，需要控制温度和时间，以保证材料的完全固化。
此外，还需要注意工艺过程中的温湿度控制、清洁环境和静电防护等因素，以减少电路元件的损伤和故障率。
因此，在柔性电路的封装工艺中，应通过优化工艺参数和过程控制，提高产品的质量和稳定性。
最后，封装结构的设计是柔性电路封装工艺优化的重要方面。
薄膜混合集成电路封装结构的设计需要考虑电路布局、引线排列、尺寸规划等因素。
合理的封装结构设计可以优化电路布线、减少电路阻抗、提高信号传输速度和稳定性。
厚薄膜混合集成电路课件-4-5-6厚膜工艺
※ 4.1.7 低温共烧陶瓷（LTCC）
表4-3 低温共烧LTCC超过其他厚膜工艺的优点
超过HTCC的优点
较低的烧成温度（850-950℃对12001500℃）
标准的良好的烧成环境（空气对氢/氮气） 使用低电阻率的导体的能力（金、银和 铜对钨或钼） 不需要电镀
能共烧和集成无源元件（电阻、电容、 电感器）
※ 4.1.1 丝网印刷
丝网印刷所产生 的图形取决于使 用正的或负的原 图和已在丝网上 正的或负的光敏 乳胶
※4.1.1 丝网印刷
影响厚膜电路质量的因素
丝
流厚
网
性膜
本
和浆
身
流料
的
动的
质
性液
量
※4.1.1 丝网印刷
➢丝网是由贴到网框上的拉紧的网布，再加上光敏乳胶。 ➢丝网的目数：每英寸长的丝网布中的开口孔数，它决定了导体和电阻的 尺寸及它们的公差，导线之间的间隔和孔的尺寸。
气保护炉内烧成。 允许使用金、银等高导电率的导体浆料，适用于高速电路，如RF
电路； 无源器件能与陶瓷共烧，埋入单片结构中。 2）通过用LTCC将互连基片、封装和引线一体化的设计方法，能产生非常 扁薄的封装 3） 可产生复杂形状或三维电子线路和封装。
用LTCC工艺生产部件有如下缺点： 由于有高的玻璃含量（50%或更大），所以热传导率非常低（2-3 W/m∙K） 较低的结构强度，原因仍是由于高的玻璃含量； 当烧成时瓷带收缩。
低的介电常数
CTE与硅器件更匹配
更好的尺寸和翘曲度控制
超过顺序烧成厚膜工艺的优点 成批层压和共烧
做多层基片时层数可以做的更多 工艺步骤少，成本低
高密度互联基片能与密封封装集成 能形成空腔和特定形状的基片 能与埋入的无源器件共烧 导体有更大的附着力
柔性传感器中的薄膜混合集成电路设计与制备
柔性传感器中的薄膜混合集成电路设计与制备随着科技的不断发展，柔性电子技术成为了一项火热的研究领域。
而柔性传感器作为柔性电子的重要组成部分，具有轻薄柔软、可弯曲等特点，广泛应用于物联网、智能医疗、生物监测等领域。
其中，薄膜混合集成电路是柔性传感器实现功能的关键部分，本文将重点探讨柔性传感器中的薄膜混合集成电路的设计与制备。
一、柔性传感器的基本原理柔性传感器是一种具有可弯曲性能的传感器，其工作原理基于电阻、电容、电感等物理量与外界环境的耦合关系。
利用传感器材料的柔软性，传感器能够呈现出与外界物理量相对应的变化，实现对环境的感知和检测。
薄膜混合集成电路则是柔性传感器的重要组成部分，能够转化传感器所感知到的信息，输出电信号以供下一步的处理和分析。
二、薄膜混合集成电路的设计薄膜混合集成电路的设计需要考虑到柔性传感器的特性和应用需求。
首先，需要确定传感器的类型，常见的柔性传感器包括压力传感器、温度传感器、湿度传感器等。
不同类型的传感器需要选用不同的材料和电路结构。
其次，需要确定电路的特性，包括输出电压范围、灵敏度、噪声抑制等。
最后，在设计电路时还需要考虑到柔性电子的特点，即电路需要具备可弯曲性、可拉伸性等。
薄膜混合集成电路的设计可以分为两个主要步骤：电路设计和材料选择。
在电路设计方面，需要选择合适的电路拓扑结构和元件。
而在材料选择方面，需要选用具有良好柔性性能和电学性能的材料，例如聚酰亚胺薄膜、聚氨酯薄膜等。
此外，还需要考虑到材料的可加工性和耐久性。
三、薄膜混合集成电路的制备薄膜混合集成电路的制备是将设计好的电路结构和材料制作成实际的柔性电路的过程。
制备过程主要包括以下几个步骤：电路图的绘制、膜材料的加工、电路元件的制备、电路的组装和封装。
首先，根据设计好的电路图，绘制出相应的电路图纸。
电路图纸应该包括电路结构、元件连接方式和元件数值等信息，以便于后续的实际制作。
其次，根据电路图纸选择合适的膜材料进行加工。
厚膜混合集成电路 课件第2-1章.
c. 生基板叠层法：
在生基板上冲好通孔； 在生基板上印刷Mo、W等导体； 重叠所需层数，在490-1470N/cm2压力和80 – 150℃下叠压； 在1500-1700℃的还原气氛中烧成。
在烧结过程中，薄片里的SiO2、CaO、MgO扩散 到导体层中形成中间层，从而可得牢固的结合强度
优点：（后两种二种方法）
5×1015-16 4.6-5.0
300/30S 2.9× 0.05 10-3
3×1015-16 4.6-5.0 300/2 -
0.04
4×1015 3.1
130/240 -
0.2
• 小结
掌握厚膜基板种类、作用、基本要求、 各类基板的主要性能。
作业 • 1、基板在厚膜电路中起什么作用？基板
的性能对电路有什么影响？
＊ 利用生基板有柔软性、容易吸收有机溶剂的特 性，可印出高分辨率的微细线，容易实现多 层化和高密度布线。
＊ 由于导体和绝缘层烧结成整体，所以密封性 好，可靠性高。
缺点： 设计灵活性不如厚膜多层法，烧结温度也偏高。
2.金属基板
陶瓷基板缺点：脆、易碎。 不易制成大面积的基板，为此开发了金
属基板。
金属基板：在金属板（主要是钢板和铝板） 上涂复绝缘膜而成。
主要成分Al2O3 ，Al2O3含量越高，基板性能 （电性能、机械强度、表面光洁度等）越好。但烧 结温度高、价格贵。
厚膜电路一般采用94～Al2O3瓷（晶粒尺寸 3～5μ m）。
85瓷和75瓷性能较前者稍差，但成本较低，所 以目前国内外也有采用。
氧化铝基板的性能
热导率和氧化铝含量的关系
• 优点：
的新型基板。
优点： 热导率是金属铝的1.2倍，比BeO瓷还要高，
集成电路工艺技术讲座
集成电路工艺技术讲座引言集成电路（Integrated Circuit, IC）是现代电子技术领域中应用广泛的一种电子元器件。
它通过以硅（Silicon）为基材，采用一系列复杂的工艺流程将电子元器件集成在一块芯片上，实现了电路规模的高度集成及功能的丰富化。
本文将介绍集成电路工艺技术的基本概念、工艺流程及其应用。
一、集成电路工艺技术的基本概念1. 集成电路工艺集成电路工艺是指将电路、晶体管、电容等电子元器件以微米级别的尺寸加工、形成在硅基片上的技术过程。
通过集成电路工艺，可以将上千个电子元器件集成到一个微小的芯片上，极大地提高了电路的性能、可靠性和集成度，同时降低了成本。
2. VLSI技术Very Large Scale Integration（VLSI）技术是集成电路工艺技术的一种，指在集成电路芯片上集成数十万至数百万个晶体管及相关电子元器件的技术。
VLSI技术提供了更高的集成度，可以实现更复杂的电路功能。
3. 半导体材料集成电路工艺技术主要使用的半导体材料是硅（Si）和化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、磷化物（InP）等。
其中，硅是应用最广泛的半导体材料，具有良好的电学、热学及光学性质。
二、集成电路工艺技术的主要流程集成电路工艺技术的主要流程包括晶圆制备、光刻、薄膜沉积、离子注入、电镀、退火、化学机械抛光、蚀刻、紧凑布线等步骤。
下面将详细介绍这些步骤的主要内容。
1. 晶圆制备晶圆制备是指将半导体材料制备成具有特定尺寸和质量的圆形硅基片。
制备晶圆的过程包括取样、切割、去杂、抛光等步骤。
晶圆的质量和尺寸对后续的工艺步骤和芯片性能有重要影响。
光刻是指使用光刻胶和掩膜将芯片上的线路图案转移到光刻胶上的过程。
光刻技术主要包括掩膜制备、光刻胶涂覆、曝光、显影等步骤。
3. 薄膜沉积薄膜沉积是指在晶圆表面沉积一层薄膜材料，用于制备金属导线、绝缘层等。
常用的薄膜沉积技术包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
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薄膜集成电路 薄膜集成电路是在抛光的陶瓷基片 薄膜集成电路 （99.5%氧化铝）、微晶玻璃基片或者Si 基片上溅射电阻薄膜和导电薄膜，经电 镀，光刻，形成具有部分无源元件和导 体电路的基片。然后贴装芯片和各种片 状元件，键合互连形成特定功能的电路 模块。
薄膜集成电路图片
混合集成电路的特点 相对单片电路而言，混合集成具有电路 设计，生产灵活、周期短、开发费用少、 更适合小批量多品种电路生产的特点。
(4) AlN基片 AlN基片 高热导率 不一定要作基片，太贵。但可以作功率有源器 件绝缘导热 εr 25℃1G 10 介损 25℃1G 2×10-3 CTE 2.65×10-6 热导率 W/m·K 140～230
(5) F4聚四氟覆铜泊基片 F4聚四氟覆铜泊基片 目前我们所用基片，主要是微晶玻璃基片和 氧化铝陶瓷基片，有时还用复合介质基片。 复合介质基片多数是在聚四氟内掺有各种陶 复合介质基片 瓷粉，提高介电常数。 。 现有微晶玻璃尺寸有35×35 38×38 40×40等尺寸，厚度0.35～0.4mm 陶瓷主要是单面抛光片 35×35×0.5mm,40mm×40mm×0.4mm 30×60×0.8mm 为了统一尺寸，今后集中在 40mm×40mm,50mm×50mm两种尺寸。
厚膜集成电路 混合集成电路又可分成厚膜集成电路和薄膜集 混合集成电路 成电路。 厚膜集成电路是在陶瓷基片（96%氧化铝）上 厚膜集成电路 丝网印刷上导电浆料（如Au、Ag, AuPd、 AgPd等）、电阻浆料；在高温烧结炉800～ 1000度的条件下锻烧成电路的导电线路和电阻 元件等。再用丝网印刷方法印上焊膏，贴装上 元器件，放入回流炉回流焊接，从而制成的集 成电路。厚膜电路的膜厚通常10µm。线宽常规 上不能太细，一般最细线条0.1~0.2mm。
化学稳定性。 5) 化学稳定性。基片对酸碱的耐性，对金 属膜是否相互作用。如微晶玻璃就应避免 。 Ti/Pt/Au系统。 6) CTE ,基片的热膨胀系数应与管壳材料， 元器件材料相匹配，以避免产生应力，影 响可靠性。 热导率， 7) 热导率，决定了基片的导热性，热导率 高有利于电路的散热。 8) 容易加工
2. 基片的种类 微波电路基片常用的主要有陶瓷基片， 有机材料基片和复合介质基片。 微波薄膜混合集成电路主要采用的陶瓷 基片是： ① Al2O3 陶瓷基片 ② 微晶玻璃基片 ③ BeO陶瓷基片 陶瓷基片 ④ AlN陶瓷基片 陶瓷基片 还有碳化硅，人造金刚石等用的较少。
（1）Al2O3陶瓷基片 从组分讲有含Al2O3 75％，Al2O3 96％， Al2O399.5％叫99瓷， 还有99.99％的蓝宝石基片 96瓷主要用于厚膜，光洁度较低。 成份不同，性质就不同 75％ 95～96％ 99～99.5％ εr 8.0 9.3 9.7 介质损耗（25℃m）10×10-4 3×10-4 1×10-4 热导率（W/m·K） 12 21 33.5（37）
薄膜混合集成电路工艺
王合利
2003.09.16
薄膜混合集成电路工艺
一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 八、 九、退火与划片 组装与烧结 键合 调试预镜检 封帽 老化筛选 激光打标（或网印） 需要改进的几方面
薄膜混合集成电路工艺
一、 概述 微波集成电路，按结构分为单片集成电路和混合集成电路。 微波集成电路 单片集成电路是用半导体工艺在Si片或GaAs等半导体基片上经 单片集成电路 过多次的氧化、扩散、光刻，溅射或蒸发金属等工艺形成具有 特定功能的电路。所有的有源器件管芯和和无源元件，如三极 管，二极管，电阻，电容。电感都集成在一个芯片内。管壳上 通常只装一个电路芯片。
（3）BeO基片 BeO基片 热导率高， w/m·K与金属相近是Al 10倍 热导率高，250 w/m K与金属相近是Al2O3 8～10倍 25°1MHz ° 6.8 7.1 100MHz 6.5 6.6 5× 介损 25° 1MHz ° 5×10-4 2×10-4 1× 100MHz 1×10-4 1×10-4 CTE 7×10-6 7×10-6 W/m·K 热导率 W/m K 200 250 缺点：粉末极毒,适于高功率电路， 缺点：粉末极毒,适于高功率电路，和有源器件的热 沉 εr
目前常用的是A99瓷，（南安电子元件厂） Al2O3 含量 ≥99.5％ 介电常数εr（2-12G）9.7 介质损耗 tgδ（2-12G） ≤3×10-4 CTE (/℃) ≤7×10-6 光洁度 △12-△13 (抛光面)
(2)微晶玻璃基片 微晶玻璃基片 普通玻璃高频损耗太大，但光敏微晶玻璃微 波低端尚可使用，其优点价格便宜，光洁度 高，易于加工。 成份：SiO2 60～80％, Al2O3 10~40% , Li2O 或PO MgO等 εr（25℃ 1MHz） 5.5-6 介质损耗（25℃ 1MHz） 25.8×10-4 热导率（25℃） 0.91（W/m•K） 热膨胀系数(CTE) 7～11×10-6 (/℃)
工艺流程图
激光打孔 基片清洗 溅射背面 电镀背面
基片清洗
溅射正面
一次光刻
电镀金
退 火
基片抽测
三次光刻
二次光刻
划片
掰片镜检
装架烧结
键合
封 帽
烘 焙
镜 检
调 试
老化筛选
测 试
激光打标
检 漏
一、基片的准备 下面以工艺流程为主线讲一下薄膜混合集成电路工艺 和相关问题。 1.基片的选择原则 基片的选择原则 基片是微波电磁场传输媒质，又是电路的支撑体。 其主要性能指标： 1) 高频损耗 高频损耗tgδ，随温度T和工作频率fo升高而增加 在微波频段工作的材料，其高频吸收能量 P=2πfV2εrtgδ
2) 介电常数 ε＝0.22εrA/t εr大时电路尺寸可以小，有利集成; 但 频率太高时，有时为了减小加工难度， 选εr较小的材料。
3) 表面光洁度 形响到电路损耗，薄膜的附着力，和线 条的分辨率，划痕等缺陷。 4)基片平整度 基片平整度（基片上最高点与最低点 基片平整度 的距离叫平整度） 基片翘度：最高点与最低点的距离除的 基片的长度 经研磨和抛光，翘度可小于0.0001in/in