完整版薄膜混合集成电路工艺讲座

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、

概述二、

基片加工三、

金属化四、

光刻与制版五、

退火与划片六、

组装与烧结七、

键合八、

调试预镜检九、

封帽十、

老化筛选十一、

激光打标（或网印)十二、

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。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。

混合集成电路又可分成厚膜集成电路和薄膜集成电路。

厚膜集成电路是在陶瓷基片（96%氧化铝)上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。厚膜集成电路薄膜集成电路是在抛光的陶瓷基片（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。薄膜集成电路薄膜集成电路图片相对单片电路而言,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。混合集成电路的特点工艺流程图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一、基片的准备 2)介电常数ε＝0.22εrA/tεr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（基片上最高点与最低点的距离叫平整度)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/in5)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。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④

AlN陶瓷基片还有碳化硅，人造金刚石等用的较少。

2.基片的种类（1)Al2O3陶瓷基片从组分讲有含Al2O375％，Al2O396％，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)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：SiO260～80％,Al2O310~40%,Li2O或POMgO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(/℃)（3)BeO基片热导率高，250w/m·K与金属相近是Al2O3

8～10倍

εr

25°1MHz

6.8

7.1

100MHz6.56.6介损25°1MHz5×10-42×10-4100MHz1×10-41×10-4CTE

7×10-6

7×10-6热导率W/m·K200250缺点：粉末极毒,适于高功率电路，和有源器件的热沉

(4)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·K140～230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。

(5)

F4聚四氟覆铜泊基片陶瓷打孔用超声波打孔和激光打孔。（1)

激光打孔，位置准确、可偏程、效率高，可打很小的孔，比如0.2mm，还可打异形孔。只是设备贵。（2)

超声波打孔

①

打孔质量较好，壁直、圆滑

②

不仅可打陶瓷，也可打微晶玻璃

③

可以打ф0.5mm,0.8mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm.2.0mm,2.5mm的孔，

④

缺点是定位精度差、效率低。主要靠金刚沙研磨，需要把基片粘到玻璃上，打完孔后取下基片，清洗蜡层。（3)

划片。陶瓷片用砂轮化片机，或激光划片。

微晶玻璃片用金刚刀划片机划片。

3.基片的加工1)去油去蜡1°可以用甲苯煮或超声（5mim)2°用丙酮超声2～5min3°用乙醇超声2～5min

微晶玻璃基片可用浓流酸煮至发烟；2)去除金属离子10％HCl煮沸、水冲、水煮10％NaOH煮沸3min，水沸微晶玻璃可用王水煮3)大量冲水4)乙醇脱水5)烘干4.基片的清洗程序除了溅射前的基片,无明显油和蜡的片子,可以只用甲苯、丙酮、乙醇超声,水超声、烘干即可。超声时间不要太长,一般不要超过5min。超声过长,可能影响金属附着性能。根据基片清洁情况,可以减少前面步骤。

1.多层金属化的选择为了达到规定的功能，基片上要制做电路和元件。如微带线、电阻、螺旋电感、焊盘等。通常的选择多层金属化。

(1)电阻膜电阻膜常用的有TaN、NrCr合金和金属陶瓷电阻。

TaN电阻耐高温性能好，有自然的钝化层:TaO。可通过氧气中退火调整方块电阻。常有负的电阻温度系数。三、金属化工艺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/□。

NiCr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

（2)导体膜常用薄膜导体材料性能金属块金属电阻率（μΩ·cm）趋肤深度f=1GHz(μm)膜厚1000Å方块电阻（μΩ/□）Ag1.622.030.18Cu1.732.090.20Au2.442.490.27Al2.682.610.331°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系统<500Å/Au1um没电阻,工艺简单,无高温互扩散。3°TaN/TiW/Au系统,不可锡焊。4°Cr/Cu/Ni/Au系统500Å/4μm/1μm/500ÅCu为导电层Ni为阻挡层(3)常用的多层金属化系统5ºTaN/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。

（1)NiCr（或TaN)/TiW/Au层由溅射制成。溅射比蒸发均匀性好，有利于电阻的一致性。溅射是在真空室中，氩分子被电场电离成氩离子，氩离子被电场加速击中靶材（例如金靶)，溅射出靶原子，使之溅到对面的基片上形成所需要的薄膜。溅射薄膜的质量指标是，膜厚的均匀性，与基片的附着力等。它与溅射室的真空度，温度，磁场强度，溅射功率和时间，有直接的关系。2.金属膜的制作每批溅射薄膜质量检验，采用：1)OxfordX-ray膜厚仪测试溅射金层厚度；金层厚度：400ű100Å。每批抽测1片，测3点以上。2)光刻电镀样片,经退火，测量方块电阻：陶瓷基片的薄膜电阻控制在50±10Ω/□;微晶玻璃的薄膜电阻控制在100±20Ω/□。3)

上述样片，用键合引线拉力判定薄膜附着力，引线拉断时金层不掉，薄膜附着力为合格；若金层或多层薄膜掉，薄膜附着力为不合格。检验合格的样片所在批次的基片才能判定为合格的薄膜基片。电阻不合格的基片可用于无电阻垫片的制作。掉金片报废，返工重溅。

电镀就是在光刻以后形成的电镀窗口进行局部的选择性电镀。用于电镀的电镀液组份不同，电镀层的性能和效果有些差异。对于镀金主要为有氰电镀和无氰电镀。

1°有氰电镀，镀液稳定便于维护，配镀液容易。镀层与下层金属附着力强，有时可省去活化，镀层金纯度高，稍发红、金软、有利于键合和烧结。缺点:剧毒、危险性大。2°目前我们用的是亚硫酸盐镀金液，该镀液镀层光亮，一般可满足微电子电路键合和烧结的需要。（2)电镀影响电镀层质量的因素有:镀液中主盐浓度，PH温度，电流密度和电镀时间等。与装饰性电镀不同的是，电路镀层并非越光亮越好，因为光亮是有光亮剂存在，而光亮剂使镀层发硬。镀速低时形成的金属也光亮，同时也硬，不利于键合和烧结。观察过许多进口电路，会发现进口电路金层都稍发红，发暗。国外一般用的是有氰电镀，金层纯而软，易于键合和烧结。如Motoralan就推荐使用氰化物电镀层，金纯软。3°镀金前先镀的阻挡层－Ni层镀纯金层在溅射的NiCr层上,金层在含锡的焊料中吃金严重,速度据称,250℃下5μ/S。若在金层下镀一层Ni,就可以用AuSn焊或PbSn焊。目前主要用在基片背面镀Ni/Au,利于基片与管壳的焊接。多层电镀不同于在Au上镀Au。在金上镀一般不存在起皮问题。但在铜和Ni上镀金就会出现起皮。因为铜或镍易氧化,即便微量的氧化也会造成附着不良。因而在镀完镍,镀金前需要活化。要用到氰化物或酸类处理。所以工艺复杂性增加了。另外化学镀也是孔化的方

镀液温度:55±5℃pH值:6~7电流密度:0.5~1.0mA/cm2阴极移动:20-30次/分

电镀时间根据厚度要求和电镀速度确定。5°用X-RAY膜厚测试仪随时检测镀层厚度。一般要求:

微晶玻璃基片上金层厚度≧2.5µm,

氧化铝陶瓷基片上金层厚度≧3.5µm

特殊要求:金层厚度可以镀3.5~7.5µm。

6°用大于10倍的显微镜检查，金层应金黄不发雾，太光亮并不好。7°用键合作金层附着力试验，金层应不掉。

4°电镀工艺参数金属化薄膜的孔金属化有多种方法：方法一：1.打孔；（充分清洗，烘干)；2.溅射正反面（NiCr/Au);3.一次光刻用负胶，正板，使孔区不曝光，在显影中溶去孔中胶；而正面大面积因曝光，胶不溶受到保护。背面显影干净。4.等离子充分扫胶正反面；5.电镀背面和孔(Cu/Ni/Au5

/0.5

/2

);最好包括正面图形。6.保护背面，常规光刻正面。7.清洗干净，烘干。8.退火。325℃30分钟。9.砂轮划片。10.

水，乙醇超声清洗，烘干。注意：1.小孔中胶必须溶干净，否则影响电镀层附着力。2.用特殊夹具以便可以同时电镀正反面。3.必须解决金层与镍层的附着力问题。3)孔金属化 1.

打孔。孔小而多时用激光打孔，最好从背面打，以减少激光对正面的损伤，背面打孔注意数据应用镜像数据；孔少而大时可用超声打孔。2.

清洗。去离子水超声充分清洗，烘干150°C2hr；3.

溅射背面NiCr/Au；4.

无胶，电镀背面和孔(Cu/Ni/Au5

/0.5

/1

);5.

充分水清洗，烘干150°C2hr；6.

溅射正面NiCr/Au；7.

保护背面，常规光刻，电镀正面Ni/Au（0.5μm/3.5μm)。一次光刻用正版负胶，便于胶从孔中溶出。后面两次正版正胶；8.

充分去胶，清洗干净；9.

退火，325℃30分钟；10.

砂轮划片。11.

水，乙醇超声清洗，烘干。孔金属化方法二孔金属化流程示意图

光刻就是利用照相原理制成掩模板,再用洗相原理把版上的电路图形制做到基片上。

1.

光刻原理对于目前的金属化层，光刻要用3层版1°负板、正胶即要电镀成金条的部分要透光（或者正极负胶，即要电镀的部分不透光）用正胶的好处是胶易做的厚，正胶去胶简单，用乙醇去胶，与后面几层光刻用同样的正胶。不像负胶，做厚电镀时条易变形，变宽。去胶要用环烷，或硫酸煮。胶厚的好处还有形成的针孔小岛少。成品率高。

四、光刻和制板2°正板正胶用胶保护住镀金层刻去溅射的金属3°正板正胶用胶保护住镀金层层和电阻区,刻蚀去溅射的空白区的NiCr层,形成了电路图形。见基片制作流程示意图

基片制作流程示意图

线条粗细在外国产品上可以做12μm宽的金条,12μm的间距。我们做过10μm的窄条试验,但是成品率不高。1°通常我们做的条宽在40μm以上,间距也可以做40μm。线宽的变化与镀层厚度相关,常见允许偏差2.5μ+膜厚,大约5～6μm2°焊盘尺寸应为0.3mm+孔径mm。2.制板规范3°电阻间距不小于130μm，

长度不小于50μm

宽度不小于50μm

标称电阻50或100Ω/□,陶瓷基片Ω/□

要修阻的电阻设计值应小于指标的-20％。

键合调阻的则设计电阻要大些。+20%4°通孔孔径与基片厚度之比最小应在0.6:1，以利于孔的金属化。

通孔边缘到电路基片边缘的距离应不小于基片厚度T，

最小孔的中心偏移50μm。5°划线槽宽微晶玻璃片留200μm，Al2O3陶瓷片留300μm

砂轮会划去150μm左右烧管芯区上的键合区要突出一些，大于2个方块（200μm)。光刻版上图形在大瓷片上四周要有留有余量，最好四边不小于1mm。因为：①涂胶边上胶厚影响曝光显影使金条或电阻条偏差大，②边缘易被镊子，石英兰槽等损伤③溅射中也存在边缘效应。④边缘太窄也不易划边由于以上原因易造成次品或返工，节约那点瓷片的费用，远不如留点边提高点成品率合算。

3.制版的设计考虑.每套光刻板都做成三块版。第一块负版,第二块第三块正板。都用正性光刻胶,工艺一致,胶厚减少缺陷。可以省去了光刻人员每天花很多时间,用钨针点付蚀。

3.制版的设计考虑

溅射后，每批基片的方块电阻就确定了。用键合调阻时应使版图上的电阻值大出一定余量（比如+20%)用激光修阻的电阻应该比需要值低一些（比如-20%)，而且电阻条要足够宽，以保证修阻后仍可

耐受足够的功率耗散。方块电阻Rs=ρ/d

其中：ρ电阻率d厚度在电路里，薄膜电阻的电阻值R=Rs(L/W)考虑到功率因素和微波损耗，电阻条不能太窄，间距不能太小。考虑到电阻的电感效应，尽量采用直线电感。电阻条在拐弯处最好用金块覆盖，以防电流分布不均匀，造成局部烧毁。

1)电阻条设计静电损伤照片薄膜电阻的功率密度该电阻是因为静电损伤所致。所以从设计上要防止,加工过程中也要防止静电。

薄膜电阻的功率密度NiCr电阻薄膜Rs=30-300Ω/□

1000Å时Rs=15Ω/□阻值范围10-10MΩ激光修阻可达±0.01％的精度电阻温度系数0±10～50PPm/℃稳定性0.2～0.05％电流噪声-40dBNiCr薄膜电阻耐受功率

Rs=200-300Ω/□功率密度Ps=1.6W/mm2电阻功率的计算P=Ps·S=Ps·L·W（L长，W宽)

若NiCr薄膜电阻Rs=100Ω/□则100μm宽，最大可通过电流12mA左右。

Ta,TaN薄膜电阻耐受功率Rs=50-100Ω/□功率密度Ps=3W/mm2则100μm宽,最大可通过电流17mA左右。薄膜电阻的通过电流能力与基片及管壳热导率有很大关系。热导率低的微晶玻璃(0.91W/m·K)上的薄膜电阻比热导率高的氧化铝瓷(37W/m·K)上的薄膜电阻显然耐电流能力小。2)平面螺旋电感L=47.2a2-n2/6a+10c(n1+)c为平均宽度a为平均半径n为圈数目前50μ间距,50μ条较好;

40μ间距,60μ条宽也可加工。理论上薄膜电感越厚Q值越高。10σ趋肤深度,电感越紧凑,条越宽电感越大,但间距太小电感易连条。

金带电流通过能力约为0.2A/μm

?电阻的功耗电流能力约10-15mA/100μm。五、退火与划片

1.基片退火是为了使基片上淀积的金属薄膜充分老化、稳定电阻值，使之在以后的加热时不致变化。NiCr电阻膜退火温度在325℃，时间15-20分钟。也有资料写1小时。使用最高温度250℃，1/2hr.TaN电阻膜退火温度在400℃，时间1hr。使用最高温度350℃，1/2hr.

后来的使用温度不高于退火温度，时间不能太长，才不至于造成电阻的明显变化。我们目前使用NiCr电阻膜。

退火后一般电阻值有所下降，退火过了电阻值就会变大，就不能用了。

2．退火还可使镀层金属与底层金属的附着力，底层金属与基片的附着力，得到改善使之不易起皮。附着力不好时，键合就掉金。3．退火在氮气的保护下进行（以防氧化和污染)。

4.划片微晶玻璃基片，用金刚石刀划。（有解理作用)陶瓷基片可用激光划片，或者砂轮机划片，复合介质也可用砂轮划片，比如小电容制作。六.组装1.材料准备1°基片基片划开后要清洗、镜检由于划片过程会污染基片,所以要清洗。一般只要用丙酮、乙醇、等离子水超声后烘干。2°元件对于用导电胶组装的片状元件,其端子应当是镀金的或者AgPd的电极。而不应当是镀锡的端子。有资料称导电胶中银会与锡形成电池效应影响长期可靠性。

3°芯片，MOS电容芯片应检查合格，背面应淀积金属以减少串联电阻。芯片应保持清洁，电容应特别注意防止静电损伤。`4°管壳管壳表面应有足够厚的纯的金层，以利于烧结键合或贴片导电。金太薄了在高温烧结中（400℃左右)会变色。

2.导电胶和绝缘胶贴片组装1)在当今混合集成电路HybridIC和MCM组装工艺中,导电环氧和绝缘环氧贴片,占绝大部分,90％以上,尤其是在品率不高,功率不大的情况下和数字电路中。既使航天领域,军工领域也有广泛的应用。比如美国NASA和MIL883-5011都有认证的多种导电的和缘绝的贴片胶。象AIT公司ME8456ME7159

Epoxy公司H37MP

H67MP等被诸多如AT&T,IBM,Motorola等大公司使用。

2)贴片胶的性能1°导电胶导电胶的成份,主要是Epoxy树脂,填料,主要是Ag粉,或者Au粉还有部分改善性能的酚醛树脂,固化剂,如乙二胺的有机物和溶剂等。有些胶是高玻璃化温度，比较脆;有些胶是低应力的，有些是无应力的。低应力和无应力胶，强度虽然低一些，但是在温度剧烈变化时应力小，长期可靠性要好，退化的慢。环氧的优点是粘附力强，耐化学腐蚀性好。环氧常用的如PCB覆铜板，环氧玻璃钢等。

导电环氧的电阻率，在100-500μΩ•cm间。导热率在2～7W/m·K,芯片剪切强度25℃900～3000psi或6-20Mpa.175℃

500psi3.3Mpa250℃300psi2Mpa环氧一般使用最高温度为260℃左右，短时350℃

可在150℃下长期工作有的进口胶是固化快:如ME8418150℃/90sec100℃/10minME7159100℃/4hr150℃/60min储存期25℃

1month-40℃1year

国产DAD-87.其固化条件:150℃

4hr

175℃

3hr200℃2hr250℃1hr固化温度越高，导电性能越好。导电胶固化的时间越长，导电性越好.DAD87,剪切强度8.4Mpa.目前常用的导电胶是:ABLESTIK84-1A,83-3J,ME7156,DAD-87,ME8550DA

对于MIL-STD-883Gmethod5011.2用场要求，美军标要求固化后的电路，应在固化后，150℃下烘16小时。

2°绝缘胶

绝缘胶也是以环氧树脂为主的胶,添加适当的改良剂,固化剂。双酚A型环氧树脂为主。不挥发物在99.7％粘度20,000cps无填充物时热导率0.2W/m·K有填料时,如Alumina1.5AlN3.2

金刚石粉11.5与烧结比,热导率太低。如Au/Si,Au/Sn,Au/Ge热导率在200以上,PbSn在50左右。

(3)组装点胶要适量，胶多了增加串联电阻和热阻。也影响强度。一般要求装基片的胶厚度不大于25μm。对于粘贴基片、点胶一般点成"X”型,"米”字形较好。有利基片下胶的均匀和不挤出过多，重要的是不留气泡。点胶图形3.管芯烧结

虽然导电胶和缘绝胶贴片非常方便，生产率高。但在微波频率高时或功率大时;由于导电胶的电阻率大（100～500μΩ·cm)，导热系数（2～8W/m·k)小就会造成微波损耗大，管芯热阻大，结温高，功率输出大打折扣，可能影响可靠性。粘结和焊结材料性能如下表所示。几种贴片材料主要电热机械性能比较贴片材料热导率（W/m·K）电阻率(×10-6Ω)剪切强度(Mpa)导电胶2-8100-5006.8-40绝缘胶0.2-1.7101412.4(ME7156)Au/Si29377.5

Au/Sn25135.9185Au/Ge

28.7220PbSn5014.528.5（1)

GaAs管芯烧结GaAs管芯背面一般都有足够厚的Au层（比如数十μm)作为热沉。这种管芯可以用AuSn或AuGe焊料片焊接。1°AuSn（80％Au20％Sn)，共晶温度280℃,热夹具表面温度应在300℃±10℃，N2气保护。2°先把基片放（基片上的Au层应足够厚，或者有阻挡层)在热夹具上预热。3°在基片上放上Preform焊片。4°再用尖镊子夹起管芯在焊片上摩擦3-4个来回。5°当看见焊料融化，取下基片即可。对于MOS电容，若背面有足够厚的金层也可象管芯一样烧上去。

基片的焊接在芯片焊之前进行，用AuGe片（Au88％12％Ge共晶温度365℃)把基片先焊到管壳上。这一步可以在氢气炉中进行。也可用热夹具上用手工焊接。但用氢气炉要效果好。炉温380°±10℃

5分钟左右搞出冷都即可。虽然烧结比环氧粘结效率低，工艺复杂，但对提高电路的性能是大有益处的。串联电阻和热阻均可大幅下降。

(2)Si管芯烧结Si管芯背面的Au只是蒸的一个薄层只不过1000～2000Å即0.1～0.2μm，用AuSn是不行的金一下就吃掉了。Si器取好是用AuSi焊（Au97％Si3％共晶温度370℃)一般不是很大功率的器件（如数瓦以上)可用镊子或7316A烧结设备烧结。1°设定热夹具温度，390℃±10℃左右，通氮气保护。2°用镊子夹起基片，放在热夹具上预热几秒。3°用设备吸头吸起芯片。4°使芯片在基片上需要的位置上来回摩擦3-4次，直到看到芯片周围有明显的熔合物出现。5°取下基片，冷却。(3)基片烧结下一步烧基片在氢气炉或者真空烧结炉中进行。1°设定炉温300°±10℃2°用钼夹子夹住装好的管壳,焊料片（AuSn)和基片。3°把装有被焊电路的钼舟推入炉4°3-5分钟拉出到炉口冷却区，5°冷却约2分钟拉处。因为是操作氢气，易燃易爆,所以要特别注意按操作规程操作。

（4)需要注意的问题

1°金锗烧结，被焊接面：基片背面和管壳都要有足够厚的金层，比如>2μm2°AuSn焊要求金层更厚些，或者需有阻挡层如Ni层/Au层。3°AuSi烧结对Si管是最好的连接方式，电阻小、热阻也小，但对管芯大时最好用AuSb片作为焊料，以获得更好的焊接效果。4°烧结的优点是电阻小，热阻小，芯片粘结牢固可靠。5°烧结的缺点是：是工艺复杂，成本高（焊料几乎都是Au。焊片厚度13-50μm厚)效率低，难于返工。

（5)元件的组装

1°MOS电容可以用烧管芯的方式烧上去，当然MOS电容是无源元件，要求不是很高时，仍可用导电环氧粘上去。2°片状阻容元件可用导电环氧粘上去，国外许多公司也是有源元件和基片烧上去，无源元件粘上去。若在基片正面Au层下镀有Ni层，也可以用PbSn焊膏把片状元件贴上去，再回流焊。电感线圈也可以直接焊到基片上去。3°电感线圈，还可以用窄隙电极电阻焊方式（电焊)直接焊到基片上，无需焊料，但需专用设备。（6)关于锡焊的有关问题

多种合金可以作为焊料，如PbSn、Pbln、Snln、SnAg、AuSn、SnBi等，各种焊料适于不同的应用场合。不同的组份和比例其熔化温度不同。各种焊料还有各自的特性。比如：含银的焊料比如SnAg，"吃”银慢些含金的焊料比如AuSn"吃”Au慢些另外含铟的合金吃Au也慢些。焊料中合金比列，决定了焊料的液化温度和固化温度。有些焊料合金，其液化温度与固化温度是一点，有时叫共晶温度。比如62

Sn36Pb2Ag179℃96.5

Sn3.5Ag

221℃63

Sn37Pb

183℃80

In/Pb15/Ag05

150～149℃根据被焊件的热容量大小,一般焊接温度要高于共晶温度30～50℃。所谓焊膏只不过是把合金加工成微细小球,加入了助焊剂和熔剂等。合金的理化性质并未改变。用于军品的助焊剂一般是中性的松香基的助焊剂,其活性比酸类焊剂弱,不会造成电路腐蚀。在管壳封装电路器件内,尽量采用共晶温度较高的221℃焊料。因为器件有的后来还要用环氧贴装元件,其固化温度175℃左右,稍有温冲就可能超过179℃焊料的熔点。而且固化时间3-4hr对可靠性不利。

七.键合1.装架完的器件,在电路上还不完整,许多元器件还没有连接到基片和管壳上。键合的目的,就是把管芯元件,电路和管壳互连起来。完成一个特定功能的电路器件。

2.在混合电路里,键合的另一个作用是调节电阻,电感和电容。3.键合的机理是在劈刀压力,超声波能量,和热量的共同作用之下,使得被焊金属表面之间的距离减小到分子间距离的量级,到了这个距离物质之间的力起作用的主要是称之为范德瓦尔斯力的分子间力的作用,使得两块金属牢牢地吸引在一起,形成了一个整体。

它不同于电阻熔焊和钎焊。电阻焊是两块金属局部熔化焊在了一起。钎焊是焊料熔化把被焊金属焊在了一起。键合时金属丝并没有熔融。

4.键合的种类

键合分为超声压焊，超声热压焊（包括金丝球焊)，热压焊三类。超声压焊适用于硅铝丝，无需加热。对于GaAs管芯因为特别脆，对超声波的作用比较敏感，一般推荐热压焊，250℃左右。超声热压焊一般加热150℃左右。适用于大多数混合电路工艺。

压焊效果与劈刀压力，超声波功率，超声时间，夹具温度，劈刀温度等机器参数，和键合区金层质量等多种因素有关。它是这几种参数共同作用的结果。对不同的表面状况，需要不同的机器参数才能压好。但是对同一种表面状况，可以有不同的参数组合完成键合，参数组合不是唯一的。比如温度调高一点，超声功率调低一点，可以找到一组合适的参数组合;又比如压力调高一点，超声功率调低一点，也可以找到一组参数组合。比如对同一种金丝，在同一种表面，可以超声热亚方式，也可以采用热压方式。只是有时受到器件状态的限制，如混合电路中常用胶来组装，温度不能太高。不适宜于热压。对于GaAsMESFET,应先压电路，后压管芯;先压D，S;后压G。

Al丝有30μm的。Au丝主要有20μm,25μm,30μm,50μmAu带有25μm×150μm,12.7μm×250μm,25μm×250μm三种。5.现有的金丝规格等离子清洗6．为了消除基片上金层表面存在的有机物污染，可以在键合前用等离子清洗，以提高引线键合强度。等离子清洗是在真空条件下，先用氧等离子体灰化掉有机薄膜使之成为CO2和H2O分子真空排出;再通入氩气，用氩离子轰击，去除基片表面上的极薄的氧化层。从而创造出一个洁净的金属表面，以利于金丝与基片牢固地键合。7.键合的质量

键合的质量，通过镜检，和引线拉力检测来控制。用70PT键合引线拉力机进行每日首件检验，确认合格后才键合正式的电路。军标要求:封帽前 20µm金丝

拉力应大于2g; 25µm金丝

拉力应大于3g;30µm金丝

拉力应大于4g; 50µm金丝

拉力应大于5g;30µm铝丝

拉力应大于3g;8.微点焊机

适于把较粗（0.1,0.2mm左右)的金丝，铜丝，漆包线等金属丝直接焊接到基片或管壳上，比如线绕电感的焊接。它是利用电流通过电阻产生焦耳热的原理，低电压（1.5V左右)脉冲大电流产生的瞬间热使被焊物局部熔化焊接的。从机理上它不同于键合和钎焊，倒与储能焊封帽一样，都是电阻焊。

点焊机的参数主要是：压力，脉冲幅度和宽度（脉冲持续时间)。

八.调试与镜检1)根据合同或企业军标等文件中的要求，进行期间电性能调试。2)内部镜检根据GJB548军标规范（1)

阻条修阻后最窄处不应小于1/2条宽。（2)

粘芯片或元件，周围应可看见胶或熔融物溢出轮廊。但不流到金属层的以外和电阻膜上。（3)

压点不能为无尾压点，（4)

压点1.2D≤W≤2.5D1.5D≤L≤5.0D（5)

压点局部不可在焊盘外，尾丝不可搭到电阻上，（6)

尾丝不得长于5倍丝径。（7)

引线不能搭到芯片的边（8)

引线不可交叉（9)

引线不能太近。（10)

薄膜电阻修阻后，有效面积上的功率密度，或者电流不应超过规定。Ps=3W/mm2，I=15mA/100μm（11)

金属化层划伤后，剩余部分X≥3/4宽度的可接受。（12)

条间距剩余部分X≥1/2d可收九.封帽1.储能焊是利用电容放电过程，强大的电流流过管壳座和管帽的封环间隙而产生焦耳热使之局部快速熔化封合而成。主要参数是:气压，放电时间，电压，行程速度。

2.平行逢焊电极在盖板上滚动的同时，大功率脉冲电流流过盖板和管壳边缘间隙，由于间隙电阻上产生焦耳热，使局部熔化，达到封焊目的。主要参数是:封焊脉冲峰值功率，脉冲宽度，周期，电极运行速度等。

3.普通产品封帽前，烘焙125℃，4小时以上;高可靠产品烘焙12小时以上。

4.根据不同的管壳类型选用不同的封焊方式和工艺条件。

5.封帽质量检验 1)封帽后所有器件在显微镜下进行100%检验 2)经常性的对管帽和管壳的粘附性进行检验。方法：用克丝钳夹管帽的中部，直到管帽夹扁，管帽的边缘和管壳粘附良好为工艺条件合适。3)氮气箱水汽含量用露点仪进行监控。水汽含量小于200