Johdatus paksukalvohybridiintegroituun piiritekniikkaan (HIC).
Esittele paksukalvohybridiintegroidun piirin (HIC) käsite ja piirin ominaisuudet, tuotantoprosessi ja -prosessi sekä tuotantoprosessi Eri materiaalit. Samalla esitellään paksukalvohybridiintegroitujen piirien sovellus- ja kehityssuunta.
Yleiskatsaus
Integroidut piirit ovat osa mikroelektroniikan teknologiaa, ja se on myös sen kehitysvaihe. Mikroelektroniikkatekniikka on pääasiassa elektroniikkajärjestelmä, joka koostuu pienistä elektronisista komponenteista. Integroitu elektroniikka täydentää elektroniikkapiirien toiminnan muodostamalla passiivisen verkon erilliselle alustalle (tai sen sisällä) ja kytkemällä aktiiviset laitteet yhteen tietyn prosessin kanssa pienoiselektroniikkapiirin muodostamiseksi.
Puolijohdetekniikalla. Pienten elektronisten komponenttien ja painetun piirilevyn kokoonpanotekniikan kehittymisen myötä elektroniikkatekniikka on saavuttanut nopean kehityksen viime vuosina. Liikaa yhteyksiä kuitenkin. Juotosliitokset ja liittimet haittaavat vakavasti tuottavuuden ja luotettavuuden parantamista edelleen. Lisäksi työtaajuuden ja työnopeuden parantaminen lyhentää edelleen signaalin lähetysviivettä järjestelmän sisällä. Siksi ne edellyttävät perusteellisia uudistuksia elektroniikkajärjestelmän rakenteeseen ja kokoonpanoprosessiin.
1960-luvulta lähtien integroiduilla paksukalvohybridipiireillä on ollut laaja valikoima komponenttiparametreja. Suuri tarkkuus ja vakaus. Piirirakenne on joustava. Kehitys- ja tuotantosykli on lyhyt. Se soveltuu erilaisiin pienierätuotantoon ja muihin ominaisuuksiin ja täydentää toisiaan integroiduilla puolijohdepiireillä. Keskinäisestä tunkeutumisesta on tullut tärkeä osa integroituja piirejä, joita käytetään laajalti elektronisissa ohjauslaitteistoissa, ja sillä on ollut tärkeä rooli elektronisten laitteiden pienentämisen edistämisessä.
Vaikka digitaalisten piirien osalta integroidut puolijohdepiirit ovat antaneet täyden pelin miniatyrisoinnille. Korkea luotettavuus. Se soveltuu suuren volyymin ja edulliseen tuotantoon. Paksukalvohybridiintegroidut integroidut piirit ovat kuitenkin säilyttäneet asemansa ja ominaisuutensa monin tavoin parempia kuin integroidut puolijohdepiirit:
·Matalakohinaiset piirit
· Korkean stabiilisuuden passiivinen verkko
·Suurtaajuinen lineaarinen piiri
·Erittäin tarkka lineaarinen piiri
·Mikroaaltopiiri
·Korkeajännitepiirit
·Suuritehoiset piirit
·Analogi-digitaalipiirihybridi
Kun integroitujen puolijohdepiirisirujen laajuus kasvaa jatkuvasti, se on hybridi laajamittaisista ja paksukalvoisista Integroidut piirit tarjoavat korkeatiheyksisiä ja monitoimisia ulkoisia komponentteja. Paksukalvoisen monikerroksisen johdotustekniikan ja edistyneen kokoonpanotekniikan avulla hybridiintegraatioon tehty monitoiminen laajamittainen hybridi-integroitu piiri on nykyinen ja tuleva kehityssuunta. Laajamittainen paksukalvohybridi-integroitu piiri voi olla osajärjestelmä tai jopa koko järjestelmä.
Prosessi
Paksukalvohybridiintegroidut piirit käyttävät yleensä tulostustekniikkaa kuvioiden tulostamiseen keraamisille alustoille ja sintraamiseen korkeissa lämpötiloissa passiivisten verkkojen muodostamiseksi. Valmistusprosessi sisältää:
·Piirigrafiikan tasoitussuunnittelu: logiikkasuunnittelu. Piirin muunnos. Piirin jako. Ulkoasun suunnittelu. Tasokomponenttien suunnittelu. Diskreetti komponenttivalinta. Loisvaikutusten huomioon ottaminen korkeilla taajuuksilla. Lämpötehokkuuden huomioon ottaminen suurella teholla. Pienen signaalin kohinan huomioiminen.
·Painatussilmän valmistus: koneen graafinen suunnittelu tehdään ruostumattomasta teräksestä tai nylonkankaasta kehitysmenetelmällä.
·Piirialustan ja lietteen valinta: 96 % alumiinioksidikeraamista substraattia valitaan yleensä paksukalvohybridiintegroitujen piirien tuotantoon (muitakin substraatteja voidaan valita erikoispiireille), ja lietteen valitsee yleensä DuPont of United. osavaltiot . American Electronics Laboratory. Nippon Tanaka Co., Ltd.:n johtumishihna Medium. Tahnat, kuten vastukset.
·Silkkipainatus: Käytä painokonetta eri tahojen tulostamiseen alustalle piirikuvioilla painetun silkkipainatuksen läpi.
·Korkean lämpötilan sintraus: Painettu substraatti sintrataan korkean lämpötilan sintrausuunissa hyvän fuusio- ja verkkoyhteyden muodostamiseksi tahnan ja alustan välille ja paksukalvovastuksen vastuksen vakauttamiseksi.
·Laserleikkaus: Käytä paksukalvolaserleikkauskonetta sintratun piirin alustalle painetun paksukalvovastuksen resistanssin leikkaamiseen määritettyjen vaatimusten mukaisesti.
·Pinta-asennus: käytä automaattista sijoituskonetta erilaisten ulkoisten komponenttien ja liittimien kokoamiseen piirin alustalle ja suorita juottaminen uudelleenvirtausjuottouunin läpi, mukaan lukien juotosjohtojohdot.
·Piiritesti: Testaa hyvin hitsatun piirin eri toimintoja ja suorituskykyparametreja testipenkillä.
·Piirin pakkaus: kapseloi testattu piiri asianmukaisesti tarpeen mukaan.
·Valmiin tuotteen testi: testaa pakattu piiri uudelleen.
·Varastointi: rekisteröi uudelleentestin läpäisevät piirit varastoon.
Materiaalit
Paksukalvohybridiintegroiduissa piireissä substraattia käytetään paksukalvokomponenttien kuljettamiseen. Yhdistetty toisiinsa. Suuritehoisissa piireissä substraatti toimii myös lämmönpoistona. Substraatin paksukalvopiirien vaatimuksia ovat: tasaisuus. Korkea viimeistely; hyvä sähköinen suorituskyky; korkea lämmönjohtavuus; lämpölaajenemiskertoimen sovitus muiden materiaalien kanssa; hyvät mekaaniset ominaisuudet; korkea vakaus; hyvä käsittelyn suorituskyky; alhainen hinta. Yleensä paksukalvopiireihin valitaan 96 % alumiinioksidikeraamiset substraatit. Jos tarvitaan substraattia, jolla on paremmat lämmönpoistoolosuhteet, voidaan valita berylliumoksidisubstraatteja.
Paksukalvohybridi-integroidussa piirissä passiivinen verkko muodostuu pääasiassa tulostamalla alustalle erilaisia tahnoja kuvioon ja sintraamalla korkeassa lämpötilassa. Käytettyjä materiaaleja ovat: johtava tahna. Dielektrinen tahna ja vastustahna jne.
Paksukalvojohtimet ovat tärkeä osa paksukalvohybridiintegroituja piirejä, jotka toimivat piirissä olevien aktiivisten laitteiden liitäntöinä. Monikerroksinen johdotus. Kondensaattorielektrodi. Ulkoisesti kiinnitettyjen komponenttien lyijyliitosalue. Vastuksen kärjen materiaali. Pienen vastuksen vastukset. Paksukalvomikroliuska ja muita toimintoja. Johtavien tahnojen joukossa tavalliset paksukalvohybridiintegroidut piirit käyttävät palladium-hopeamateriaaleja, jotkin sotilaspiirit ja korkean tarkkuuden piirit käyttävät kultatahnoja ja jotkin vähäisen kysynnän piirit käyttävät hopeapastaa.
Paksukalvovastustahna on myös tärkeä osa paksukalvohybridiintegroituja piirejä. Paksukalvovastuspastasta valmistetut paksukalvovastukset ovat yksi laajimmin käytetyistä ja tärkeimmistä komponenteista. Paksukalvovastuspasta koostuu toiminnallisista komponenteista. Liimauskomponentit. Se koostuu orgaanisesta kantajasta ja modifiointiaineesta, yleensä valitaan yhdysvaltalaisen DuPont Companyn vastustahna.
Paksukalvoisen dielektrisen tahnan tarkoituksena on toteuttaa ulkoisesti kiinnitetyn paksukalvon paksu kalvo. Ulkoinen ympäristö ei vaikuta monikerroksisiin johtimiin ja paksukalvovastusten suorituskykyparametreihin. Sisältää kondensaattoridielektrisen tahnan. Risti- ja monikerroksiset dielektriset lietteet ja kapselointidielektriset lietteet.
Sovellus
Teknologian kehittymisen myötä paksukalvohybridiintegroitujen piirien käyttö laajenee päivä päivältä, ja niitä käytetään pääasiassa ilmailu- ja avaruusalan elektronisissa laitteissa. Satelliittiviestintälaitteet. Elektroninen tietokone. Viestintäjärjestelmä. Autoteollisuus. Äänilaitteet. Mikroaaltolaitteet ja kodinkoneet jne. On nähtävissä, että paksukalvohybridiintegroidut piirit ovat tunkeutuneet monille teollisuuden aloille. Euroopassa hallitsee paksukalvohybridiintegroitujen piirien käyttö tietokoneissa, jota seuraa etäviestintä. Viestintä. Sotateollisuuden ja ilmailun laitokset. Japanissa paksukalvohybridiintegroituja piirejä käytetään laajalti kulutuselektroniikassa. Yhdysvaltoja käytetään pääasiassa ilmailussa. Viestintä ja tietokoneet, joista viestinnän osuus on suurin.
Väri-TV-teollisuudessa paksukalvopiirejä käytetään yleensä tehopiireinä ja suurjännitepiireinä, mukaan lukien kytkettävät stabiloidut virtalähdepiirit. Videovahvistimen piiri. Kehyksen lähtöpiiri. Jännitteen asetuspiiri. Korkean jännitteen rajapiiri. Äänipiiri ja kampasuodatinpiiri jne.
Lento- ja avaruusteollisuudessa paksukalvohybridiintegroidut piirit johtuvat niiden rakenteen ja suunnittelun joustavuudesta. Miniatyrisointi. Kevyt. Korkea luotettavuus. Kestää iskuja ja tärinää. Säteilyn esto ja muut ominaisuudet ilmaviestinnässä. Tutka. Palontorjuntajärjestelmä. Ohjusten ohjausjärjestelmät ja viestintä satelliittien ja erilaisten avaruusalusten välillä. TV. Tutka. Kaukokartoitus- ja telemetriajärjestelmiin on saatu suuri määrä sovelluksia.
Sotateollisuudessa paksukalvopiirejä käytetään yleensä korkean vakauden takaamiseksi. Korkean tarkkuuden. Pienikokoinen moduulivirtalähde, anturipiiri, esivahvistuspiiri, tehovahvistinpiiri jne.
Autoteollisuudessa paksukalvopiirejä käytetään yleensä generaattorin jännitesäätiminä. Elektroninen sytytin ja polttoaineen ruiskutusjärjestelmä.
Tietokoneteollisuudessa paksukalvopiirejä käytetään yleensä integroituun muistiin. Digitaalinen prosessointiyksikkö. Datamuunnin. Virtapiiri. Lämpötulostuspäät tulostuslaitteissa jne.
Viestintälaitteissa paksukalvohybridiintegroidut jänniteohjatut oskillaattorit. Moduulin virtalähde. Hienostunut verkko. Aktiivinen suodatin. Vaimennin. Linja taajuuskorjain. Sivuäänenvaimennin. Äänen vahvistin. Korkeataajuiset ja keskitaajuiset vahvistimet. Liitäntäimpedanssin muunnin. Käyttöliittymäpiiri. Releliitäntäpiiri. Kaksi-/nelijohdinmuunnin. Automaattinen vahvistuksen säädin. Optisen signaalin lähetin-vastaanotin. Lasergeneraattori. Mikroaaltouunin vahvistin. Mikroaaltouunin tehonjakaja. Mikroaaltosuodatin. Laajakaistaiset mikroaaltoilmaisimet jne.
Instrumentointi- ja työstökoneiden numeerisen ohjauksen teollisuudessa paksukalvohybridiintegroituja piirejä käytetään yleensä erilaisissa anturiliitäntäpiireissä. Lataus vahvistin. Pieni signaalivahvistin. Signaaligeneraattori. Signaalin muuntaja. Suodattaa. Virtaohjaimet, kuten IGBT. Vahvistin. Virtamuunnin jne.
Muilla aloilla paksukalvon monikerroksista reititystekniikkaa on käytetty menestyksekkäästi digitaalisten näyttöputkien dekoodauksessa. Ohjauspiiriä, läpinäkyvää paksua kalvoa käytetään myös kylmäkatodipurkaustyypeissä. Nestekidenäyttöputkien elektrodit.
Lisäksi paksukalvoteknologialla on myös potentiaalia kestävään kehitykseen monilla nousevilla aloilla, jotka risteävät elektroniikkatekniikan kanssa. Aiheeseen liittyviä luokkia ovat magnetismi ja suprajohtavat filmilaitteet. Pinta-akustinen aaltolaite. Kalvoherkät laitteet (lämpöherkät, valoherkät, paineherkät, kaasuherkät, voimaherkät). Kalvo-aurinkokennot. Integroitu optinen polku jne.
Kehitys
Tällä hetkellä myös paksukalvohybridiintegroituja piirejä uhkaa valtava kilpailu. Painettujen piirilevyjen jatkuva parantaminen jahtaa paksukalvohybridiintegroitujen piirien kehitystä. Nopeiden muutosten ja kovan kilpailun yhteydessä on tarpeen tutkia tarkemmin paksukalvohybridiintegroitujen piirien ongelmia ja niihin liittyviä toimenpiteitä:
·Kehittää erilaisia uusia substraattimateriaaleja alhaisella hinnalla ja korkealla laadulla. Liitä ja kapselointimateriaalit, kuten SIC-substraatit. Emali substraatti. G-10 epoksihartsilevy jne., epäjaloa metallia. Hartsitahnat jne., pakkausmateriaalit, joilla on hyvä korkean lämpötilan stabiilisuus ja lasin matalan lämpötilan kapselointimateriaalit jne.
·Käytetään useita uusia sirukomponentteja, kuten mikropakattuja laitteita (SOT), tehomikromuovattuja putkia, suuritehoisia transistoreita, erilaisia integroituja puolijohdesiruja ja erilaisia siruvastuksia. Kondensaattori. Induktorit ja erilaiset sirusäätöiset laitteet. R-verkko. C verkkoon. RC verkko. Diodi verkko. Triode verkko jne.
·Kehitä ja käytä monikerroksisia johdotuksia. Suuritiheyksiset kokoonpano- ja kolmiulotteiset piirit ovat kehittymässä kohti laajamittaisia paksukalvohybridiintegroituja piirejä, joissa on yksikköjärjestelmätoimintoja.
·Anna täysi käyttömahdollisuus paksukalvohybridiintegroitujen piirien eduille ja jatka monikäyttöisyyttä. Suurtehokehityksen suunta sekä materiaalien ja prosessien jatkuva parantaminen parantavat entisestään tuotteiden vakautta ja luotettavuutta, alentavat tuotantokustannuksia paksukalvohybridiintegroitujen piirien elinvoimaisuuden ja kilpailukyvyn parantamiseksi elektroniikkatuotemarkkinoilla.
·Perustuu paksukalvon integrointitekniikan käyttöön, pintakokoonpanotekniikan kattavaan käyttöön. Ohutkalvon integrointitekniikka. Puolijohteiden mikrovalmistustekniikka ja erilaiset erityiset käsittelytekniikat valmistavat monia lajikkeita. Monitoiminen. Korkea suorituskyky. Halvat mikropiirit, kuten paksukalvoiset mikrosirupiirit. Paksukalvohybridiintegroidut piirit. Paksukalvoanturit ja erilaisia muita uusia piirejä jne.
Edistä CAD.CAM- ja CAT-teknologian käyttöä paksukalvohybridiintegroitujen piirien suunnittelussa ja valmistuksessa, ja tuotantoprosessi on vähitellen koneellistunut. Puoliautomaattinen. Siirtyminen kohti täysautomaatiota, jatkuvasti parantaen tuotannon tehokkuutta. Pienennä tuotantokustannuksia ja paranna paksukalvohybridiintegroitujen piirien luotettavuutta.