中北大学《厚薄膜电路》考试重点.docx

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中北大学《厚薄膜电路》考试重点

第一章引言

一.微电子材料分类：

1导体：

金属具有正的电阻率温度系数，即导体温度增加时它的电阻率也增加，或者它的倒数电阻率减小。

2绝缘体：

用途有基片，将电阻电容及金属导体做在它的上面；衬底，在其内部产生半导体电阻和导体区域；钝化层，保护有源电路免受湿气和其他苛刻环境的损坏。

绝缘体受离子污染，吸附潮气，或暴露于热和辐射下时使绝缘性能很快下降。

它具有负的TCR。

3半导体：

材料的实际意义在于向它们的晶体结构中掺入少量的杂质原子来改变他们的电阻率。

它具有负的TCR。

使用V族元素（磷砷锑），有多余电子为N型半导体；使用Ⅲ族元素（硼），空穴流为P型半导体。

二.电子学工艺分类：

1制造工艺（有关制作片状器件，集成电路芯片或互连基片的工艺。

包含化学反应）2组装工艺（组装工艺多数只涉及贴装，互连，和封装制造器件的物理和物理加热步骤。

）

三.混合电路是一种将各种功能的片式器件在预先做好导体图案或导体与电阻组合图案的绝缘基片上进行电气互连的电路。

四.混合集成电路分为薄膜和厚膜，意思是指膜的厚度，是指基片上淀积导体和电阻所用的工艺方法。

第二章基片

一.混合电路基片功能：

1装配器件的机械支撑2电气互连图案和批量制造膜电阻的基底3器件散热的媒质。

基片还需满足：

1高的绝缘电阻2低孔性和高纯度3高热导率4低热膨胀系数5高的热稳定性6高的表面光洁度7高的抗化学性。

二.表面特性：

1光洁度：

与横贯表面上峰点和谷点中心线的平均偏差，单位uin2翘度：

是基片或与完美的平面总偏差3颗粒的粒度（影响光洁度）：

颗粒的尺寸和每单位面积内颗粒的数量，可以影响陶瓷表面的光洁度和气相淀积的金属化薄膜的附着力，（过烧会产生大的颗粒结构和粗糙的陶瓷表面），避免氧化钠和氧化钾，必要氧化镁和氧化硅。

薄膜电路和厚膜电路广泛使用的基片是氧化铝陶瓷。

三.氧化铝基片：

从用于厚膜电路的（表面相当粗糙），到用于制造具有极高分辨率精密的的薄膜电路的表面经过抛光（CLA为1uin或更低）的特别光滑的基片。

光洁度居中（4-6uinCLA）的基片用于更典型的薄膜混合电路应用场合。

氧化铍基片：

一种独特种类的将高的绝缘电阻和高的热导率集于一身的电子材料。

氮化铝基片：

高的热导率和优良电气机械性能组合，其低的热膨胀系数与硅的热膨胀系数密切匹配。

四.生产氧化铝及其他陶瓷基片有两种方法：

1干压法2流延法

第三章薄膜工艺

一.淀积工艺：

1蒸发淀积2直流DC溅射3射频RF溅射4反应溅射

二.蒸发和溅射工艺的比较：

1溅射膜比蒸发淀积膜对基片有更强的附着力2溅射膜更致密更均匀3溅射工艺更通用4导体或非导体膜都可以淀积5此工艺也可以逆向模式使用，用于清洁基片表面或刻蚀细线6淀积的速率，膜的厚度和膜的均匀性能更好的控制。

三.薄膜电阻考虑因素：

1在实际的厚度范围，具有可控制的及能重复得到的面电阻率2低的TCR3紧密的阻值跟踪4长期的稳定性

四.薄膜混合电路广泛使用的材料有三种：

钵，铬，氮化钽和铬硅氧化物金属陶瓷。

全部使用有阻挡层金属的金端头导体。

阻挡层金属用于将电阻和金导体分开，以防止相互扩散。

五.金焊接焊盘被铬沾污使线焊键合困难。

镍镉除了起电阻器元件的功能外，为改善金对基片的附着力，镍镉还作为附着层，即所谓的“捆绑层”。

六.镍镉电阻器的特性：

25-300的面电阻率和低的TCR（0±50）PPm/C，然而，金属陶瓷电阻器具有提供扩展的面电阻率的能力从1000到几千欧。

是一种十分精密的热稳定性好的电阻器，但他们最易受化学和电解腐蚀的影响。

七.薄膜电阻器的特性高度地取决与在其上进行淀积的基片的表面特性，基片表面越光滑，电阻值越稳定。

然而，许多其他因素对电阻的稳定性也有贡献，主要有退火，稳定性烘烤，调阻条件。

八.氮化钽工艺：

在氮化钽和金之间，分别用钛和钯作为捆绑层和阻挡层；对镍镉电阻用镍作阻挡层。

氮化钽电阻器的性能：

氮化钽电阻器比镍镉电阻器更稳定，抗化学腐蚀和抗热性更好。

九.陶瓷金属膜采用瞬间蒸发或溅射法淀积是最好的。

在同一工艺顺序中，首先形成SiOCr，钯和金的”夹心”结构。

十.光刻材料和工艺：

光刻胶是由溶解在一种或多种有机溶剂中的光敏聚合物或初始聚合物构成的有机合成物。

正型胶能在曝光时分解，断裂并可被溶解；负型胶能在曝光时进一步聚合或交叉链接形成加固的能抵抗刻蚀溶液的覆盖物。

十一.光刻步骤1加光刻胶到基片上2前烘烤3对准和曝光4显影5后烘烤6去掉膜或剥掉膜

十二.薄膜的刻蚀方法：

1湿法2干法

十三.等离子和干法刻蚀好：

1可以避免使用高度腐蚀性和有危险性的化学材料2可避免与化学溶液有关的处理和安全问题3避免表面被化学和离子污染4刻蚀速率能更好控制，能提供更细的导线，电阻图形和互连通孔的分辨率5刻蚀是各向异性的，避免了钻蚀。

第四章厚膜工艺

一.厚膜电路工艺：

1丝网印刷2干燥3烧成

丝网的目数是每英寸长的丝网布中的开口孔数（丝网印刷：

将粘性的浆料在漏印丝网上用力推动使其通过网孔将图形淀积在基板上）

二.加乳胶到丝网：

1直接法2间接法（轮廓清晰，操作简单，同时加上各种乳胶膜可得到乳胶厚度为0.0015-0.02uin）3间接-直接法（包含两种工艺的组合：

先把一单独的光敏膜贴到丝网上，然后网上曝光和显影）触变性：

是一种可变的流动性，浆料粘度在静止时不流动或很少流动，有点像固体的性质，但在加上切变力时，粘度突然减小，能够很快流动，去掉切变力后，粘度再次增加。

三.多层厚膜工艺步骤：

1顺序烧成2高温共烧3低温共烧

四.多层共烧陶瓷带工艺：

1高温高烧陶瓷2低温共烧陶瓷两种工艺的主要差别实质上起源与使用不同的生坯带，低温共烧陶瓷使用的磁带有很高的玻璃含量。

五.多层共烧带工艺设计限制：

1丝网印刷的电阻器及其他无源元件不能并入高温共烧工艺2HTCC磁带有较高的玻璃含量，使其热导率降低3使用难熔金属到导体降低了内层导线的导电性4外层导体必须镀镍镀金以增加表面的电导率并提供能够进行线焊和锡焊元器件贴装的金属化层。

六.厚膜浆料也称涂料，是一种有触变性的可印材料，可用于制作电路的导体电阻和介质图形。

七.厚膜浆料：

1导体2电阻3介质；介质浆料：

1绝缘型2电容型；所有浆料都包含：

1功能材料2溶剂或稀释剂3暂时性结合剂4永久性结合剂

八.导体浆料特性：

1高电导率2低成本3对基片有高的附着力4细线分辨率5好的线焊特性6好的锡焊性。

九.导体浆料的分类：

1有玻璃料的浆料2无玻璃料的浆料3混合结合型浆料。

十.附着机理：

1机械的连接2无玻璃料的浆料，附着力决定于纯化学的机理3两种机理的组合

十一.金属迁移条件：

1直流或交流电势2介质表面或介质内部有某种离子沾污3湿气形成液层

十二.避免金属迁移：

1设计电路时，避免在关键元件之间的偏执电压2避免使用纯银3使用低孔和疏水的介质和基片4在无湿气的环境中操作存储和密封电路5用有机涂覆或玻璃钝化层保护电路，以组织湿气凝聚于电路表面上6确保表面特别干净，无离子沾污。

十三.可焊性：

是焊料很快地均匀润湿一表面的能力。

加强可焊性：

1用助焊剂去掉表面氧化物2用机械方法摩擦表面3等离子清洗表面，去除有机残物4化学清洗或腐蚀表面5在烧成厚膜时，控制时间-温度曲线和炉子气氛6使用低玻璃料成分或五玻璃料的厚膜浆料。

十四.抗焊能力：

是阻止厚膜导体因为被吸收，被合金化或其他原因被热锡焊吃掉的能力。

为减小锡焊熔蚀：

1控制和减少厚膜导体与熔融的锡焊接触的时间和温度2增加厚膜导体的厚度3在厚膜浆料中添加另一种能抑制锡焊熔蚀的金属。

十五：

制造电阻器可以用预端接（丝网印刷电阻时必须通过很深的窗口进行，很难得到可重复的电阻尺寸和均匀的电阻厚度）或后端接（后端接的电阻比预端接的电阻能更好的保持设计尺寸，组织重复性更好。

但在多层电路中，后端接的电阻器要经过多次高温烧成，这也会改变他们的阻值）两种方法之一。

十六.在三种低价位金属铜镍铝中，大量的开发工作集中在铜上。

十七.铜厚膜浆料和与其相关介质和电阻浆料的工艺，除了在高温烧成必须在受控的惰性气体中进行以外，其他与贵金属浆料类似。

惰性气氛在铜厚膜烧成中是基本要求。

十八.铜的优势：

1更高的电导率2对氧化铝基片改进了附着力3更好的焊锡湿润性和抗锡焊熔蚀能力4低成本。

十九.聚合物厚膜优势：

1能在相当低的温度下加工2材料和工艺的成本低3元件可以用焊锡浆料贴装，然后用气相再流焊或波峰焊焊上4PTF可以在陶瓷上也可以在塑料基片上进行加工

二十：

聚合物导体成分：

1聚合物材料2功能材料3溶剂

二十一：

厚膜介质比较重要的工程参数是：

1电性能（绝缘电阻/介电常数/损耗因数/击穿膜的完整性（没有针孔和气孔））2通孔分辨率

二十二：

绝缘电阻：

常用介质浆料的绝缘电阻是很高的。

第五章电阻器的调整

一：

电阻器调整原理：

1通过有选择地和有控制的去掉部分电阻材料，获得预定的阻值2向上调整电阻是切掉电阻材料来增加阻值，达到所要求阻值的常用方法。

二.调阻：

1激光调阻2喷砂调阻（优点：

能产生更加稳定的电阻器，因为该工艺没有使用热，所以材料中没有应力或机械微裂产生）增加阻值方法：

1去掉材料形成切口2减小电阻器膜的厚度。

三.探针技术：

1两探针2四探针。

四.电阻微调类型：

1直线切割2L型切割3扫描切割4蛇形切割。

第六章部件选择

一.一般性考虑：

1将器件装到基片上所用的贴装方法的类型2给定器件是否有裸芯片可以利用3电特性，可靠性，环境及合同要求4充分利用标准部件。

二.封装功能：

1对内部电路提供机械和环境保护2提供标准的形状和规定外部引线排列以方便装配和测试3对操作者提供保护。

三.封装类型：

1插拔式2扁平封装3球栅阵列（最高密度）

四.有源器件（没有外壳的硅芯片）：

1二极管2晶体管3集成电路无源器件：

1电容2电阻3电感

五.使用片电阻理由：

1对一个具体的设计，可能仅需要一个或两个电阻器2在一个厚膜基片上，可能会有几个电阻器与其他电阻器有明显的不同，它将要求额外的电阻浆料和印刷工艺3在电阻用低面电阻率材料做成的薄膜电路中，也可能需要几个高值的电阻器4厚膜电阻具有高的温度系数5厚膜电阻器比薄膜电阻器具有大的噪声指数。

第七章组装工艺

芯片和元件贴装是用递减的工艺温度顺序进行的。

一.贴装方法：

1环氧粘帖法2冶金贴装法（要求散热好的高功率混合电路或要求湿气含量非常低的电路）3银-玻璃粘结方法。

二.贴装材料功能：

1机械的2电的3热的（贴装材料必须具有欧姆接触的功能，以提供器件到基片上的焊盘的导电路径；贴装材料要有高效导热媒质的功能，将热从芯片到处到基片，再从基片到金属或陶瓷的封装外壳）

三.粘结剂贴装：

1环氧粘结剂：

导电粘结剂和电绝缘粘结剂2粘结剂的形式：

浆料式或膜片式。

（浆料式的粘结剂配成具有最佳的流动性，使他们能用自动的环氧分配机或用丝网印刷分配。

）3粘结剂的粘结强度：

对于用粘结剂贴装的器件和基片的主要要求是在电路的整个寿命周期内它们都必须有足够的粘结强度，并且能抵抗在工艺过程，筛选试验和加速寿命试验中的热机械和化学的暴露。

4电导率：

选择贴装芯片粘结剂的基本考虑是：

在高温下，高温老炼后和加功率时，粘结剂的电导率和电参数的稳定性如何5粘结剂的放气：

水汽起了媒质的作用，将这些离子转移到电路其他部位。

具体的效果可能是：

引起电开路的铝金属化层的腐蚀，线焊键合因电阻增加或键合脱落而损坏，器件漏电流，金属迁移和电短路及电化学腐蚀。

四.冶金贴装方法：

1在二元或三元合金预制片的熔融温度下的合金贴装2直接将两种金属的界面加热到等于或高于他们的共熔温度进行共熔贴装。

（在两种组分的某一特定配比上，熔点打打降低。

共熔的合金不经过“泥浆相”直接从液相过渡到固相。

）

五.共熔焊须遵守：

若环氧贴装和合金共熔贴装用于同一电路中，较高温度的操作（合金贴装）必须首先执行，否则环氧将在高温时分解。

六.互连：

（线焊）1热压焊：

热压线焊：

在施加压力的情况下，许多金属材料在低于他们的熔点的温度下也可和其他金属结合（1楔形焊：

在楔形焊中第一和第二焊点是直角排列的，且平行与从线轴到工具走线的方向2球焊：

优点是焊接工具可自由移动，在第一焊点形成后能在任意方向移动；人们更愿意使用球-楔组合焊接。

）2超声焊（优点：

1有源器件和无源器件不会由于热而降级2超声焊比热压焊更能对付表面沾污。

超声焊的摩擦能去掉焊接位置上的氧化物和有机沾污物，某些残余氧化物有助于通过增加摩擦力促使局部加热3界面上无孔，可靠，结合点电阻低4金线和铝线都能用5比热压焊快）3热声焊：

优点1温度低2对表面沾污不敏感3速度快（可用铝线和镁线）（微缝焊：

微缝焊用于大直径线、带状线或焊接如铜这样的难于键合的材料。

）（自动设备1自动载带焊接2倒装芯片焊接）

七.溶剂：

（溶剂岁基片有小的接触角，则有较好的湿润性；溶剂的湿润性随着被清洗的基片的类型而变化；湿润指数=（密度x1000）/（表面张力x粘度））1亲水溶剂2不亲水溶剂

八.基片清洗：

不管何时用洗涤剂清洗基片后，都应该接着用稀释的酸和水将其漂洗到中性，以便去掉残余的洗涤剂。

（清洗混合电路最常用的的溶剂是：

去离子水，氟利昂TF，氟利昂TF的共沸混合物和异丙醇。

）

九.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做等离子，它能十分有效的以物理和化学作用去除表面的沾污物。

一十.等离子清洗用于：

1从器件表面去掉残余光刻胶痕迹2清洗锡焊焊盘，去掉环氧树脂残余物，环氧树脂污迹，环氧树脂流出而造成的有机残余物痕迹3清洗表面，改善有机涂覆，粘结剂或焊锡的湿润性和附着力。

十一.巴利宁涂覆作为混合电路用的粒子固定涂覆已受到极大的重视。

这些涂覆的高钝度和能淀积具有有效涂覆的超薄无气孔的涂层的能力为半导体器件和集成电路提供了优良的保护。

加强了焊接的牢度并能为防止湿气与沾污物腐蚀提供屏障。

十二.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气体也有效，特别是从环氧粘结剂中挥发出来的气体。

十三.密封：

混合电路必须密封，以防止湿气，氧气和其他环境污染进入封装内部，这样才能确保长期可靠性。

其次，密封可防止由于操作引起的机械损伤。

十四.密封方法：

1冶金密封（包括锡焊和熔焊/锡焊种类：

1软焊料2硬焊料）2玻璃密封3灌注环氧密封4无空腔的塑料包封。

十五：

密封和漏气试验：

密封性试验涉及测量已被氦气增压过的密封封装器件的漏气率。

从压力容器中取出后，用质谱仪检验和测量已渗入到封装器件中的氦。

这叫做细捡漏试验。

第八章试验

一.成品率：

二.电测测试范围：

1DC参数测试2脉冲测试3功能测试

三.反应失效率：

四.用空气循环烘箱老炼大功率器件时：

1需要散热片2有潜在的过热点3热失控。

一般来说，若预计器件的结温会超过环境温度50℃或更多时，应该考虑使用液体老炼。

五.红外显微镜：

类似于光学显微镜，因为它所用的仪器是一台显微镜，然而图像是通过检查红外能量才看到的。

红外热像：

在初始设计阶段，热分布图可以用来进行器件的定位和排列，使热能更均匀的分布和耗散。

六.封装环境的水汽和气体分析：

制图法

七.试验可分为：

电气（芯片和混合电路内部目检和外部目检）热/机械筛选实验。

进一步，试验可分为破坏性试验和非破坏性试验。

八.电测设备：

存储器，模拟电路，数字电路。

九.非破坏性试验：

热/机械筛选实验，老炼实验。

十.破坏性实验的清单：

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，内部水汽含量。

第九章操作和净化间

一.6个级别的空气洁净度：

100000级，10000级，1000级，100级，10级，1级（这些数字代表在1FT3的空气中0.5um或更大尺寸的尘粒数目）。

二.静电荷引起的问题：

1元件破坏或损伤2吸引尘土3失火或爆炸4人体触电

三.电荷产生：

在材料表面上能建立起来的电荷量的多少决定于它的导电性

四.静电损坏：

1介质失效2互连金属化失效3PN结失效

五.静电损坏的防护：

1员工教育2人体接地，混合电路储存和运输，湿气，标签，耗散静电的工作台表面，导电的地板垫。