第四讲-厚薄膜技术.ppt

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厚膜技术,任课教师：

刘章生,厚膜技术,厚膜混合电路与厚膜元器件,4.厚膜技术,4.1厚膜混合电路定义4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺4.3厚膜浆料的关键参数4.4不同的厚膜材料4.4.1厚膜导体材料4.4.2厚膜介质材料4.4.3釉面材料4.4.4功能厚膜材料4.4.5厚膜电阻,4.1厚膜混合电路定义,厚膜混合电路是以陶瓷作为线路的基板，将导体网路及主（被）动元件（如R，IC，Diode，Cap，Inductors，ASIC等）利用丝网印刷技术，印于基板表面，通过互连封装作业连接输出引脚，而形成一個功能完整，保密性高的应用IC,我们通称为厚膜混合電路（ThickFilmHybridCircuit）.,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.1厚膜浆料的特性及分类,流体类型,触变性,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.1厚膜浆料的共性及分类金属陶瓷厚膜难熔材料厚膜（还原气氛，高温）聚合物厚膜（有机基板）,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的原材料有效物质；粘贴成分；有机粘贴剂；溶剂或稀释剂.,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的原材料有效物质:

功能性颗粒粒径：

1-10m;形貌：

球状，圆片状等,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的原材料粘贴成分：

玻璃（铅硼硅玻璃）和金属氧化物；作用：

提供物理化学结合；提供功能相颗粒保持接触；,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的原材料有机粘贴剂：

具有触变性流体；乙基纤维素和各种丙烯酸树脂；作用：

使功能颗粒与粘贴成分保持悬浮；赋予良好流动性及可印刷性.,溶剂及稀释剂：

松油醇，丁醇，增塑剂表面活性剂作用：

调整粘度，易于印刷；,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的制备工艺,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的制备工艺,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的制备工艺,所用球磨介质为2mm玛瑙球,4.2厚膜浆料的原材料及制备工艺,4.2.2厚膜浆料的制备工艺,三辊研磨机,4.3厚膜浆料的关键参数,4.3.1颗粒粒度,4.3厚膜浆料的关键参数,4.3.2粘度与TI因子,粘度单位换算：

厘泊（cP），1cP=1000Pa.S,4.3厚膜浆料的关键参数,4.3.2固含量功能相与黏贴成分的质量与浆料总质量的比值。

作用：

保证烧成厚膜的密实度及性能可靠性；使浆料具有良好的流动性，进而保证印刷质量,4.4不同的厚膜材料,4.4.1厚膜导体材料实现的功能：

（1）在电路节点之间提供导电布线；

（2）提供多层电路导体层之间的电连接；（3）提供端接区以连接厚膜电阻；（4）提供元器件与膜布线以及更高一级组装的电互连；（5）提供安装区域，一边安装元器件.,4.4不同的厚膜材料,4.4.1厚膜导体材料厚膜导体中的导体材料分贵金属和贱金属，厚膜与基板的附着力或由导体金属自身的化学结合来实现，或由导体中添加的百分之几的玻璃来实现.金属要求：

电导率高，且与温度的相关性小；与介电体及电阻体相容性好，不发生迁移现象；可以焊接及引线键合；不发生焊接浸蚀；资源丰富，价格便宜；,4.4不同的厚膜材料,4.4.1厚膜导体材料金导体：

不易氧化，可用于高可靠性场合，如军事、医学等金易于与锡合金化，并融入其中，形成金属间化合物，因此金常与铂或者钯预先形成化合物以防止与锡作用。

银导体：

最大的特点是电导率高，最大的缺点是易迁移；利用钯和铂同样可使银的迁移速率降低（4：

1）,4.4不同的厚膜材料,4.4.1厚膜导体材料铜导体：

具有很高的电导率、可焊接、耐迁移性、耐焊料浸蚀性都好，而且价格便宜，但是Cu容易氧化，氧含量应控制在几个ppm以下.,4.4不同的厚膜材料,4.4.2厚膜介质材料HK介电体:

K值在数百以上，主要用于厚膜电容器的介电质，BaTiO3为主要成分,但烧成体为多孔质，耐湿性差。

目前随着助烧剂的改进，HK介电体又取得了重大进展；LK介电体:

K值一般在10以下，多用于表面钝化、交叉绝缘层、多层布线绝缘层以及低容量电容器等。

主要有两类即非晶玻璃系列和晶态系列的介电体.,4.4不同的厚膜材料,4.4.3釉面材料可在较低温度下烧结的非晶玻璃（550）.作用：

提供机械、化学以及电气保护；阻挡焊料散布；改善厚膜电阻调阻后的稳定性.,4.4不同的厚膜材料,4.4.4功能厚膜材料,传感器功能元器件,燃油传感器陶瓷电路板,电子回路功能元器件,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的结构,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷正导与背导所用基板为96%氧化铝基板,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷电阻层,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷G1即釉面材料,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻,激光调阻,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷G2,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷mark,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,磁控溅射测导,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,电镀镍、锡,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,丝网印刷的原理,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,丝网材料尼龙丝网-油墨透过性好；可使用粘度大及颗粒大的油墨；有适当的柔软性，对承印物的适应性好；拉伸强度及耐摩擦性好，使用寿命长；耐酸碱和化学溶剂。

金属丝网-图形尺寸稳定，实用于印刷高精度线路；耐碱性及抗拉强度很好，耐热性强。

聚酯丝网-弹性强，耐酸性很好；吸湿性低，耐热性较尼龙强，尺寸稳定性好。

4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,烧结是实现浆料功能十分重要的制程关键点：

温度曲线烧结气氛,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,气流量的计算排焦气流:

由PLAWS公式计算烧结气流：

1.3倍排胶气流抽出气流：

足够抽出排胶和烧结产生的废气，由烟雾试验决定入口和出口:

轻微正压，提供风帘，由烟雾试验决定排胶气流的计算公式：

V=PLAWSl/minV：

排胶气流所需的量:

l/minP：

浆料印刷面积占基片面积的比率:

L：

炉子负载因子，单位面积炉带上基片的面积:

A：

印刷后单位面积浆料排胶所需的气流，为常数0.4l/cm2W：

炉带宽度:

S：

炉带速度:

4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,烧结气流不足的影响,电阻率高（烧结不好）；表面粗糙（烧结不好）；表面发黑，无光泽（表面受污染）；可焊性差（表面受污染）；附着力低；耐焊性差；引线不容易粘连上；不规则的TCR值.,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻所用浆料1945,Centralab,carbonblackresin+Ag;1959,DupontCorp,Ag-Pd.1960s,DupontCorp,RuO2-basedconductivephase.,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻所用浆料,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的性能电阻温度系数：

TCR=（R2-R1）/R1（T2-T1）热端TCR（25-125）冷端TCR（-55-25）,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的性能电阻电压系数VCR=（R2-R1）/R1（V2-V1）因电阻浆料中半导体的存在，随着电压的增加，电阻下降，因此，VCR均具有负值；VCR与电阻的长度有关.,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻的性能电阻噪声来源：

热噪声：

由于热引起电子在能级之间随机跃迁的结果；与频率无关，为白噪声；电流噪声：

材料里边界之间的能级突变，属于正比1/f频谱。

理论上：

高值电阻比低值电阻具有更高的噪声电平；大面积电阻具有很低的噪声电平；较厚的电阻具有较低的噪声电平.,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻可靠性Flowerofsulfur（FOS）,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻可靠性ESD（Electro-Staticdischarge）,4.4不同的厚膜材料,4.4.5厚膜电阻厚膜电阻可靠性高温漂移：

应力释放造成阻值略增高；湿度稳定性：

根源在于导体相与水存在不可逆的化学反应；功率承载容量：

局部发热,