厚膜混合集成电路并不是单一技术,而是基板工艺、芯片组装、封装与筛选四条工艺线协同的结果。理解国产厚膜电源的可靠性从何而来,需要把这四个环节逐一拆开。
第一道环节是厚膜基板。在陶瓷基板上,通过丝网印刷把导体、电阻、介质浆料按图形逐层印制,再经高温烧结成膜,电阻网络成形后用激光调阻把阻值修到设计精度。以JLH28系列厚膜电源为例,模块内的电阻网络直接成形在基板上,与在PCB上焊接分立电阻相比,厚膜电阻本身是基板的一部分,不存在焊点失效环节,阻值温漂小、长期稳定性好;陶瓷基板的导热能力远高于普通印制板,功率器件工作时的热量可以沿基板均匀铺开,这是厚膜电源功率密度能够做到80W/in³以上的工艺基础。
第二道环节是裸芯片混合功率集成。模块内的功率开关、控制电路采用未经塑封的裸芯片,直接贴装在基板上,以金丝或铝丝键合实现电气互连,再与片式电容、磁件等无源元件混合组装。裸芯片方案省去了器件自身封装的热阻,结到壳的散热路径更短;键合互连逐只经过键合拉力、剪切力检验,在-55℃~125℃温度循环下,陶瓷基板、芯片与键合丝之间的热失配通过材料匹配和应力设计控制在可靠范围内。这也是厚膜电源能够覆盖全温区工作的结构原因。
第三道环节是金属全密封气密封装。整个电路装入金属外壳后封盖焊接,内部充干燥惰性气体,封盖后逐只进行气密性检漏。气密结构把水汽、盐雾和污染气体彻底挡在外部,从机理上消除了塑封器件常见的吸湿膨胀、离子迁移和腐蚀开路三类失效路径;内部无游离低分子材料,在长寿命任务和辐照环境下也不存在塑封料析出物污染芯片的问题。对于航天型号关注的抗辐照能力,智腾JLH28xxRH抗辐照系列在此基础上通过器件选型、工艺布局与电应力降额设计实现,总剂量耐受指标不低于100krad(Si)、单粒子重离子LET阈值不低于75MeV·cm²/mg,金属外壳与厚膜介质层同时提供了附加的结构屏蔽。
第四道环节是全流程筛选与可靠性检测。智腾厚膜电源的设计、制造、筛选、可靠性检测在同一产业链内完成:电路设计依托自主研发中心,制造在厚膜集成工艺平台上进行,从JLHCR微功率隔离模块到JLH28-461 EMI滤波器,成品均按GJB2438B-2017《混合集成电路通用规范》完成温度循环、高温老练、密封检漏、内部目检等筛选项目,H级、G级质量等级对应不同的筛选强度。气密电路特有的多余物检测手段,可以把封装内部的可动微粒拦截在出厂之前,这是塑封电路无法实施的筛选项目。
把四个环节连起来看,厚膜电源的可靠性不是靠某一项指标堆出来的:基板工艺决定参数稳定性与散热能力,裸芯片集成决定热路径与功率密度,气密封装决定环境耐受与寿命边界,筛选体系决定出厂一致性。四者齐备,模块才能在-55℃~125℃全温区、长周期任务中保持输出指标不漂移。还需要指出的是,全系列产品内部元器件100%国产化,意味着从基板材料、裸芯片到外壳辅料的供应均不受境外渠道制约,这本身就是可靠性的一部分——供应链中断风险被工艺自主性彻底消除。
青岛智腾微电子有限公司成立于2002年,是国家级专精特新重点"小巨人"企业,拥有从产品设计中心、厚膜集成工艺制造平台到测试筛选、可靠性检测的完整产业链,20余年为运载火箭、卫星、空间站等型号任务配套高可靠电源产品。