厚膜技术第三章第一讲王凤江.ppt

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1、厚膜技术,任课教师：王凤江,厚膜技术,厚膜混合电路与厚膜元器件,3.厚膜技术,3.1 厚膜混合电路定义3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺3.3 厚膜浆料的关键参数3.4 不同的厚膜材料 3.4.1 厚膜导体材料 3.4.2 厚膜介质材料 3.4.3 釉面材料 3.4.4 功能厚膜材料 3.4.5 厚膜电阻,3.1 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(Thick

2、Film Hybrid Circuit).,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.1 厚膜浆料的特性及分类,流体类型,触变性,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.1 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）,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 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.,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 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,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 厚膜浆料的原材料粘贴成分：玻璃（铅硼硅玻璃）和

3、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；,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 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；,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 厚膜浆料的制备工艺,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 厚膜浆料的制备工艺,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 厚膜浆料的制备工艺,所用球磨介质为2mm玛瑙球,3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺,3.2.2 厚

4、膜浆料的制备工艺,三辊研磨机,3.3 厚膜浆料的关键参数,3.3.1 颗粒粒度,3.3 厚膜浆料的关键参数,3.3.2 粘度与TI因子,粘度单位换算：厘泊（cP），1cP=1000Pa.S,3.3 厚膜浆料的关键参数,3.3.2 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,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 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

5、安装元器件.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 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；,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 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

6、的迁移速率降低（4：1）,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 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.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.2 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.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.3 釉面材料 可在较

7、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.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.4 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,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的结构,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 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,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制

8、备工艺,印刷电阻层,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷G1即釉面材料,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻,激光调阻,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷G2,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,印刷mark,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,磁控溅射测导,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,电镀镍、锡,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,丝网印刷的原理,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的

9、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。,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 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,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电

10、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=PLAWS l/min V：排胶气流所需的量:l/min P：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0.4 l/cm2 W：炉带宽度:S：炉带速度:,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 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

11、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.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻所用浆料1945,Centralab,carbon black resin+Ag;1959,Dupont Corp,Ag-Pd.1960s,Dupont Corp,RuO2-based conductive phase.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻所用浆料,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 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）,3.4

12、不同的厚膜材料,3.4.5 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.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 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.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻可靠性Flower of sulfur(FOS),3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜电阻厚膜电阻可靠性ESD(Electro-Static discharge),3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 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,