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  • 集成電路,集成電路的制造工藝有哪些
    • 發布時間:2021-12-30 18:16:23
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    集成電路,集成電路的制造工藝有哪些
    所謂集成電路工藝(integrated circuit technique ),就是把電路所需要的晶體管、二極管、電阻器和電容器等元件用一定工藝方式制作在一小塊硅片、玻璃或陶瓷襯底上,再用適當的工藝進行互連,然后封裝在一個管殼內,使整個電路的體積大大縮小,引出線和焊接點的數目也大為減少。集成電路的設想出現在50年代末和60年代初,是采用硅平面技術和薄膜與厚膜技術來實現的。電子集成技術按工藝方法分為以硅平面工藝為基礎的單片集成電路、以薄膜技術為基礎的薄膜集成電路和以絲網印刷技術為基礎的厚膜集成電路。下面來了解一下這三種工藝的特點:
    1.單片集成電路工藝
    利用研磨、拋光、氧化、擴散、光刻、外延生長、蒸發等一整套平面工藝技術,在一小塊硅單晶片上同時制造晶體管、二極管、電阻和電容等元件,并且采用一定的隔離技術使各元件在電性能上互相隔離。然后在硅片表面蒸發鋁層并用光刻技術刻蝕成互連圖形,使元件按需要互連成完整電路,制成半導體單片集成電路。
    集成電路
    單片集成電路
    隨著單片集成電路從小、中規模發展到大規模、超大規模集成電路,平面工藝技術也隨之得到發展。例如,擴散摻雜改用離子注入摻雜工藝;紫外光常規光刻發展到一整套微細加工技術,如采用電子束曝光制版、等離子刻蝕、反應離子銑等;外延生長又采用超高真空分子束外延技術;采用化學汽相淀積工藝制造多晶硅、二氧化硅和表面鈍化薄膜;互連細線除采用鋁或金以外,還采用了化學汽相淀積重摻雜多晶硅薄膜和貴金屬硅化物薄膜,以及多層互連結構等工藝。
    單片集成電路是獨立實現單元電路功能,不需外接元器件的集成電路。要實現單片集成,需要解決一些不易微小型化的電阻、電容元件和功率器件的集成,以及各元件在電路性能上互相隔離的問題。
    2.薄膜集成電路工藝
    整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及其間的互連線,全部用厚度在1微米以下的金屬、半導體、金屬氧化物、多種金屬混合相、合金或絕緣介質薄膜,并通過真空蒸發工藝、濺射工藝和電鍍等工藝重疊構成。用這種工藝制成的集成電路稱薄膜集成電路。主要工藝:
    集成電路
    薄膜集成電路
    ①根據電路圖先劃分若干個功能部件圖,然后用平面布圖方法轉化成基片上的平面電路布置圖,再用照相制版方法制作出絲網印刷用的厚膜網路模板
    ②在基片上制造厚膜網路的主要工藝是印刷、燒結和調阻。常用的印刷方法是絲網印刷。
    ③在燒結過程中,有機粘合劑完全分解和揮發,固體粉料熔融,分解和化合,形成致密堅固的厚膜。厚膜的質量和性能與燒結過程和環境氣氛密切相關,升溫速度應當緩慢,以保證在玻璃流動以前有機物完全排除;燒結時間和峰值溫度取決于所用漿料和膜層結構。為防止厚膜開裂,還應控制降溫速度。常用的燒結爐是隧道窯。
    ④為使厚膜網路達到最佳性能,電阻燒成以后要進行調阻。常用調阻方法有噴砂、激光和電壓脈沖調整等。
    3.厚膜集成電路工藝
    用絲網印刷工藝將電阻、介質和導體涂料淀積在氧化鋁、氧化鈹陶瓷或碳化硅襯底上。淀積過程是使用一細目絲網,制作各種膜的圖案。這種圖案用照相方法制成,凡是不淀積涂料的地方,均用乳膠阻住網孔。氧化鋁基片經過清洗后印刷導電涂料,制成內連接線、電阻終端焊接區、芯片粘附區、電容器的底電極和導體膜。制件經干燥后,在750~950℃間的溫度焙燒成形,揮發掉膠合劑,燒結導體材料,隨后用印刷和燒成工藝制出電阻、電容、跨接、絕緣體和色封層。有源器件用低共熔焊、再流焊、低熔點凸點倒裝焊或梁式引線等工藝制作,然后裝在燒好的基片上,焊上引線便制成厚膜電路。
    集成電路
    厚膜集成電路
    厚膜電路的膜層厚度一般為 7~40微米。用厚膜工藝制備多層布線的工藝比較方便,多層工藝相容性好,可以大大提高二次集成的組裝密度。此外,等離子噴涂、火焰噴涂、印貼工藝等都是新的厚膜工藝技術。與薄膜集成電路相仿,厚膜集成電路由于厚膜晶體管尚不能實用,實際上也是采用混合工藝。
    4.工藝特點
    單片集成電路和薄膜與厚膜集成電路這三種工藝方式各有特點,可以互相補充。通用電路和標準電路的數量大,可采用單片集成電路。需要量少的或是非標準電路,一般選用混合工藝方式,也就是采用標準化的單片集成電路,加上有源和無源元件的混合集成電路。厚膜、薄膜集成電路在某些應用中是互相交叉的。厚膜工藝所用工藝設備比較簡易,電路設計靈活,生產周期短,散熱良好,所以在高壓、大功率和無源元件公差要求不太苛刻的電路中使用較為廣泛。另外,由于厚膜電路在工藝制造上容易實現多層布線,在超出單片集成電路能力所及的較復雜的應用方面,可將大規模集成電路芯片組裝成超大規模集成電路,也可將單功能或多功能單片集成電路芯片組裝成多功能的部件甚至小的整機。
    5.使用與注意事項
    (1)集成電路在使用時不允許超過極限值,在電源電壓變化不超過額定值的±10%時,電參數應符合規范值。電路在使用的電源接通與斷開時,不得有瞬時電壓產生,否則會使電路擊穿。
    (2)集成電路使用溫度一般在–30~85℃之間,在系統安裝時應盡量遠離熱源。
    (3)集成電路如用手工焊接時,不得使用大于45W的電烙鐵,連續焊接時間應不超過10S。
    (4)對于MOS集成電路,要防止柵極靜電感應擊穿。
    以上就是集成電路工藝的介紹了。目前單片集成電路除向更高集成度發展外,也正在向著大功率、線性、高頻電路和模擬電路方面發展。不過,在微波集成電路、較大功率集成電路方面,薄膜、厚膜混合集成電路還具有優越性。在具體的選用上,往往將各類單片集成電路和厚膜、薄膜集成工藝結合在一起,特別如精密電阻網絡和阻容網絡基片粘貼于由厚膜電阻和導帶組裝成的基片上,裝成一個復雜的完整的電路。必要時甚至可配接上個別超小型元件,組成部件或整機。
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