混合集成电路高级工培训教程1

1、身体力行企业文化： 简单和谐的人际关系 忠诚感恩的为人准则 竞争进取的人生态度 团结协作的团队精神对待工作： 兢兢业业，精益求精，一丝不苟 自觉遵守工艺卫生和工艺纪律 工作热情、主动 自觉遵守劳动纪律 努力学习，不断提高理论水平和操作能力 遵纪守法，不谋取私利 敬业爱岗、实事求是 什么是半导体：导体、绝缘体、半导体 半导体的电阻率：几cm到105 cm 最常用的半导体：硅、锗 P型半导体和N型半导体：电子和空穴 PN结的特性：单向导电特性 主要参数：正向电流 正向压降 反向击穿电压，反向漏电流 三极管：电流放大作用。 半导体集成电路：高密度集成的功能电路 电荷、电压、电流和电阻 电荷：库仑 (

2、 电压：伏特(V) 电流：安培(A) 电阻：欧姆() 电阻计算公式： R=L/A 或R=sL/W 欧姆定律: V=IR I=V/R R=V/IR2 电路的串并联： 串联： R=R1+R2 并联： R=(R1R2)/(R1+R2) 混联：R1R2R1R2R1R2R3R=(R1R2)/(R1+R2)+R3 混合集成电路的定义： 厚膜和薄膜 工艺分类：制造工艺和组装工艺 与印刷电路和集成电路的比较 应用混合电路基片的功能： 外贴件的机械支撑 互连线和膜电阻的基底 器件散热的媒质对基片的要求： 高绝缘电阻、低孔性、高纯度、高热导率、低膨胀系数、热稳定性、抗化学性、高光洁度、低翘度 基片种类：氧化铝（A

3、l2O3）、氧化铍（BeO）、氮化铝（AlN）、金属矩阵复合物 基片的表面状态：粗糙度、翘度、颗粒度 氧化铝基片：主要参数、厚膜用的氧化铝基片、薄膜用的氧化铝基片 陶瓷基片的制造：干压、流延 沉积工艺 真空蒸发：电阻加热法、瞬间蒸发、 电子束蒸发 溅射：直流溅射、射频溅射、反应溅射 薄膜电阻：镍、氮化钽、 陶瓷金属（一氧化硅和铬） 光刻工艺：光刻材料：正性胶、负性胶 刻蚀材料和工艺：湿法、干法 丝网印刷技术： 关键工艺印、烘、烧 丝网印刷:网布不锈钢、尼龙、聚酯 丝网目数:200目、325目 丝网开口宽度：W0=(1-DM)/M 丝网制备：直接法、间接法和直接间接法 功能相功能相:对导体浆料由

4、对导体浆料由 Pt,Pd,Ag,Au等构成。 对电阻浆料由金属和金属的氧化物(RuO2, Bi2 Ru2O7, Pd, Ag)构成， 对介质浆料由陶瓷/玻璃 (BaTiO3, glass)构成。 粘接相粘接相:作用是将浆料保持在基片上，在高温烧结作用是将浆料保持在基片上，在高温烧结时他将膜层与陶瓷基片结合在一起。时他将膜层与陶瓷基片结合在一起。 载体载体:由挥发性溶剂和非挥发性有机物（聚酯）构由挥发性溶剂和非挥发性有机物（聚酯）构成，作为功能相和粘接相粉末的载体。溶剂在烘成，作为功能相和粘接相粉末的载体。溶剂在烘干时挥发掉，非挥发性有机物在烧结炉的烧掉区干时挥发掉，非挥发性有机物在烧结炉的烧掉

5、区燃烧被气流从文氏管排风口排掉。燃烧被气流从文氏管排风口排掉。 改性剂改性剂:少量的专利性添加剂。他控制杜邦浆料在少量的专利性添加剂。他控制杜邦浆料在加工前和加工后的性能。加工前和加工后的性能。 触变性 丝网尺寸丝网尺寸(inches) 建议的脱网距离建议的脱网距离 (mils) 5 X 5 20-30 8 X 10 30-40 12 X 12 40-60 张力比较紧的新丝网用下限值，但是随着丝网张力下降，应逐渐加大脱网距离至上限值。 下止点应超过基片上表面5-7mil。过多损网，过少印刷时膜厚不匀。 丝网目数丝网目数 线径线径(mils) 典型干厚典型干厚(m) 200 2.1 25 200

6、 1.6 26 250 1.4 21 325 1.1 16 丝网宽度应为刮板长度的2-3倍，长度为刮板行程前后各留5-8cm余量。 刮板长度在图形的每一侧要超出图形区域1-2cm。 刮板在图形前至少3cm处落下触网，超越图形3cm后才能抬起。 注意事项: 避免过分用力擦网，以便防止损害乳胶膜。 在网上有浆料时绝对不要往网上施加任何溶剂。 尽可能维持印刷间的清洁。 不要让浆料干在丝网上，因为这会在下次印刷时引起针孔 。 印刷时在网上施加的浆料不要过多，否则，浆料干固黏度加大会影响印刷质量。 炉子的空气 决定炉子里需要多少空气 恰当地设置空气流量 60分钟烧结的炉温曲线 30分钟烧结的炉温曲线 恰

7、当的烧结炉设置是高合格率稳定烧结的关键。主要是炉子的气氛和炉温曲线。 要想成功地烧结厚膜，在炉子里必须有足够量的清洁干燥的空气 进气口应在屋顶上2-3米高的地方取得，要远离含污染物的排气口 空气压缩机应采用无油空气压缩机。含油的压缩空气不利于厚膜烧结 必须让压缩空气通过处理后再通进炉内。使气体的露点达到-30C（在 80 - 100 psi时 ）。标准的冷却干燥器和加热干燥器结合使用可以达到这个露点值。 活性炭有助于去除卤化物和硫化物型的污染。 微米和亚微米滤波器可去除颗粒物质。 干燥器和过滤器要定期处理再生。 V = PLAWS 式中： V = 路内烧掉区所需的空气的体积。单位：L/min

8、P = 最密集的厚膜电路基片上浆料印刷面积与基片面积的比值。用小数表示。 L= 传送带装载系数（表示烧片时烧掉区的产品充满程度） 。用小数表示。 A = 是一个常数。等于 0.4 L/cm2 W =传送带宽度(cm) S =传送带带速(cm/min) 关掉所有的流量计。 将烧掉区（burnout）的空气流量。 将烧结区（firing）的空气流量调到用上面的公式计算的数值的1.11.2倍。 用轻薄的软纸检查在炉子的入口和出口都有气体向外流出。 逐步加大文氏管(venturi) 排气用的空气流量直到室内的空气刚好从炉子的入口和出口吸入。这将确保导入烧掉区和烧结区的压缩空气刚好从文氏排气管被全部排走

9、。 逐渐加大入口气帘（curtain）和出口气帘的流量计流量直到在炉子入口和出口都有气体向炉外流出。这可以防止室内脏空气进入炉内。 控制点控制点 标称标称 公差公差 范围范围 100C - 100C 55 min +/- 5 min 50 - 60 min 600C - 600C 31 min +/- 2 min 29 - 33 min 800C - 800C 19 min +/- 1 min 18 - 20 min 850C 保温 (时间) 10 min +/- 0.5 min 9.5 - 10.5 min 850C 保温 (温度) 850C +/- 3C 847C - 853C 300C

10、- 500C 升温 45C/min +/- 10C/min 35C - 55C/min 800C - 600C 降温 30C/min +/- 5 min 27C - 33C/min 700C - 300C 降温 50C/min +/- 10C/min 40C - 60C/min 烧掉区温度 500C +/- 50C 450C - 550C 温度曲线用K星或N型热电偶绑在炉带上测量。一般用N型热电偶，因为它重复使用时变化小。 控制点控制点 标称标称 公差公差 范围范围 100C - 100C 33 min +/- 3 min 30 - 36 min 600C - 600C 19 min +/-

11、1 min 18 - 20 min 800C - 800C 14 min +/- 1 min 13 - 15 min 850C 保温保温 (时间时间) 10 min +/- 0.5 min 9.5 - 10.5 min 850C 保温保温 (温度温度) 850C +/- 3C 847C - 853C 300C - 500C 升升 95C/min +/- 10C/min 85C - 105C/min 800C - 600C 降降 70C/min +/- 10C/min 60C - 80C/min 700C - 300C 降降 95C/min +/- 10C/min 85C - 105C/min

12、烧掉区温度烧掉区温度 500C +/- 50C 450C - 550C 厚膜印烧工艺会造成电阻有20%的误差 薄膜工艺会造成电阻有10%的误差 电路里要求5%，2%，1%甚至0.1%的精度 解决办法是进行阻值调整： 激光调阻、喷砂调阻 探针卡 粘结剂贴装：环氧、聚酰亚胺、氰酸盐酯 冶金贴装： 线焊：0.72mil 金丝或铝丝 热压线焊： 225270，球焊，楔形焊 超声线焊： “冷焊”工艺，超声能，520mil 热声线焊：150 ，超声能 倒装焊 在组装工作中的各阶段的清洗对确保高可靠性和高成品率是很重要的。由于沾污和不恰当的清洗所导致的混合电路问题包括：高的漏电流，电短路和开路，腐蚀，PIN

13、D试验失效，差的线焊性，线焊降级，盖板很难密封和金属迁移(成长金属须或枝状物)。 两种途径防止电路不被沾污：第一是防止电路在制造时沾污。在操作时使用指套，真空摄子，在干燥氮气中存放部件，在层流工作台和净化间中组装产品，穿戴工作帽，工作服和工作鞋，这样可减少沾污，缓解清洗工艺。第二是选择有效的溶剂和工艺，在装配中或装配后的各工艺阶段清洗混合电路。 在混合电路中发现的污物可分为粒子、离子剩余物、无机剩余物、有机剩余物。污物的主要来源是通过操作。人的皮肤连续地散落出粒子，传播盐，氨的化合物和天然油。其他污物来自装配和操作时转移到电路上的工作人员的化妆品和衣服的磨损。这些污物有发油，洗手液，面奶，去臭

14、剂，合成或天然纤维。 湿法清洗： 溶剂：去离子水、氟利昂TF、异丙醇 干法清洗：等离子清洗 当低压气体遭受到如射频或微波频率下的高能输入时，气体通过与高能电子的碰撞，发生电离。结果产生的自由电子、未反应的气体、中性的和离子化的粒子的混合物被叫作等离子，它能十分有效地以物理和化学作用去除表面的沾污。 基片清洗：原包装拆开后建议不清洗，仅用干燥氮气吹一下，获850烧一下。 组装清洗：建议不使用超声-用氟利昂TF喷洗-将混合电路组装移至沸腾的氟利昂TF（117）的汽相区中-在汽相区中用氟利昂TF喷洗（混合电路应滞留在汽相区中约3分钟）-将混合电路组装从汽相区中移出，以竖直的位置晾干；如果在混合电路上

15、还有粗的颗粒，可用异丙醇液流冲洗，接着用氟利昂TF漂洗，然后在氮气流中干燥。等离子清洗最广泛的应用是在线焊之前的混合电路的清洗准备。线焊焊盘的等离子清洗大大改善了热压焊的可焊性和焊接强度30。装配器件以后，将电路放到等离子室中，抽真空到0.05乇。然后回充氩气到0.175乇，该气体然后经受5075W的RF能量3 5min。表7.8总结了用氧和氩进行等离子清洗的参数 最后的组装操作是真空烘烤和密封。这两个步骤对混合电路在可以遇到的任何不利环境中保证长期的可靠特性特别重要。真空焙烤是去掉吸附的湿气，而且对去除电路中其他挥发性材料的放气也有效，特别是从环氧粘结剂中挥发出来的气体。若在封装中不去掉这些

16、气体，他们就会陷留在封装中，在以后会引起腐蚀或使电路性能降级。 军标5000ppm水汽含量的要求。 在150氮气中24h，接着在150真空中1h 在150真空中1624h 在135真空中4h 在150真空中10h 在100时氮气中焙烤3h 在150氮气中焙烤72h，接着在150的真空中焙烤16h 密封：小于110-7 atmcc/s氦的非常低的漏气率的封装。 冶金密封：锡焊密封：手焊、带式炉密封熔焊密封：平行缝焊 、储能焊 玻璃密封 环氧密封 粗检漏 细检漏：氦质谱检漏仪 光学检漏 目的：确保对电路的预期寿命和电性能的要求得到满足。 用于玩具、游戏或个人计算机的混合电路仅要求短时间的较低温度的

17、老炼筛选和电测试就可以，而用于航空、航天、导弹的混合电路，除了长时间的高温老炼筛选和许多工艺过程控制试验以外，还要求做13种以上的筛选试验。 试验可分为：电气(芯片和混合电路)、目检(内部和外部目检)、热/机械筛选试验。更进一步，试验可以分为非破坏性试验和破坏性试验。非破坏性试验对所有产品100%进行，而破坏性试验仅在质量鉴定或质量一致性检验时对一小部分抽样的样品进行。 芯片电测：在混合电路生产中，为了得到高的初始成品率，对半导体芯片(IC、晶体管和二极管)预测试是很重要的。在混合电路装配过程中，应该尽可能早地识别出有缺点的芯片，并将它们替换。在流程中发生芯片损坏越晚(在混合电路中、子系统中、

18、系统中，或更糟糕的是当送交到顾客手中后)，越难将其隔离和进行返修，代价也越高。然而，若在芯片装配前能够预测试，去掉卡边的或损坏的器件，混合电路一次性成品率将会增加，而且在以后发生失效的几率也会降低。 直流参数测试、脉冲测试和功能测试 直流测试最常用于硅圆片测试。抽样封装后可以做脉冲测试和功能测试。 混合电路测试 从手动到自动，有四种类型的设备，用于测试混合电路： 1.一种小的定制的提供被测件与仪表架上的标准设备的接口(interface)的测试盒。 2.一种用户自制的，带有内部信号源和电源，能提供“通过/通不过”测试数据的专用测试盒。 3.一种插入了矩阵开关，提供被测件与进行测试寻址的微处理机

19、的接口的测试卡。 4.计算机控制的自动测试设备。 高低温测试，PDA(允许损坏百分数），PDS（参数漂移筛选）在密封混合微电路前，应该进行目检。该检验借助于具有30100倍放大能力的光学设备进行。目的是检查内部材料、结构和混合微电路的加工质量是否符合要求。检查是根据MIL-STD-883方法2017进行的 。目检内容： 有源芯片器件集成电路、晶体管、二极管。 无源片状元件电容器、电阻器、电感器。 基片缺陷基片、金属化、对准、电阻器、电阻器调整。 元器件往基片上的组装焊接或环氧贴装，元器件取向。 基片往底座上的贴装焊接或环氧贴装、基片取向。 线焊球焊、楔形焊、新月形焊、梁式引线焊、网格焊、带焊。

20、 连接器和穿通馈线。 封装情况外部材料、锈蚀情况。 高温储存 温度循环 随机振动 机械冲击 恒加速（离心） 密封性 加电老炼 X射线 颗粒碰撞噪声检测（PIND） 芯片剪力强度。 线焊强度。 引脚完好性。 可焊性。 盐雾。 抗潮湿。 破坏性物理分析（DPA）。 内部水汽含量(水汽分析)。 破坏性物理分析是一种为了确定混合电路与适用的设计要求和工艺要求是否一致，对其拆封、试验和检验的过程。 DPA试验的项目： 外部目检。 X射线。 颗粒碰撞噪声检验(PIND)。 密封性。 内部水汽分析。 内部目检。 基线结构。 键合强度。 扫描电镜(SEM)。 芯片剪力。 MIL-STD-883方法1018 5000ppm 在气密封装的混合电路或集成电路封装中，水汽的单独存在或与其他气体或离子沾污物一起存在，一直是高可靠系统制造者最关心的问题。已经有报道，水与离子或其他残余物之间的相互作用会腐蚀器件的金属化层和电连接，产生金属迁移，导致电气短路，产生高的漏电流，并在半导体器件中产生反向电流。 湿度分析最广泛使用的仪器是一种由计算机控制的四极质谱分析仪。 混合电路和它