集成电路芯片封装第3章

前课回顾1.厚膜导体材料的主要作用2.厚膜导体材料的基本类型【电互连】—平面导电布线和多层导体层电连接【元器件安装区域】—焊盘和共晶连接可空气烧结厚膜导体、可氮气烧结厚膜导体和须还原气氛烧结厚膜导体。3.厚膜电阻的电性能初始电阻性能和时间相关性能第一页，共二十六页。前课回顾4.为什么相同成分和电压应力下，长电阻较之短电阻电位漂移要小？

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电流的方向定义电阻的长度方向，与印刷厚度有关长电阻——高阻值电阻，短电阻——低阻值电阻

相同电压梯度下，高阻值电阻的电阻漂移比低阻值

电阻的小第二页，共二十六页。一、丝网印刷主要内容二、厚膜浆料干燥

三、厚膜浆料烧结

四、薄膜技术

五、薄膜材料第三页，共二十六页。

丝网印刷是将浆料按照基板表面图案涂布在基板上的工艺，通常浆料印刷通过不锈钢网的网孔印刷涂布至基板表面，不锈钢网网孔的设计制作采用掩模技术。一、丝网印刷第四页，共二十六页。丝网印刷步骤：【1】丝网固定在丝网印刷机上；【2】基板直接放在丝网下面，平行紧贴；【3】涂布浆料在丝网上面；【4】刮板在丝网表面平行运动，使浆料落至基板上。一、丝网印刷第五页，共二十六页。丝网印刷基本步骤基板钢网浆料刮板丝网定位填料印刷脱模第六页，共二十六页。【浆料参数难以预测】：粘度变化【丝网脱离工艺】：接触式和非接触式【浆料的触变性】：非牛顿流体【印刷线条的清晰度和精确度】：基板表面张力>丝网丝网印刷的注意事项第七页，共二十六页。二、厚膜浆料干燥其中，有机粘结剂是不挥发组分，有机溶剂或稀释剂是低温挥发组分。干燥过程主要就是去除可挥发组分。浆料成分中含有两种有机组分：

【有机粘结剂】—提供丝网印刷合适的流动性能；

【有机溶剂或稀释剂】—决定有机粘结剂的粘度。？问题：不及时挥发会产生什么后果？第八页，共二十六页。厚膜浆料干燥工艺

1）流平——常温下，挥发低温挥发有机组分，时间约为5-15min：以保证粘度下降的浆料有足够的时间挥发和恢复粘度：维持印刷膜的边缘清晰度。2）强制干燥——70至150摄氏度温度范围内强制干燥，时间约15min，注意抽风排除溶剂，防止对烧结气氛产生影响。第九页，共二十六页。主要控制参数：【干燥气氛纯洁度】

干燥过程须在洁净室内进行(<100000级），防止灰尘或纤维屑等落在烘干的膜表面，以免后续烧结产生缺陷。【干燥升温速率】

如果升温速率过快，溶剂的迅速挥发易造成膜的开裂。浆料干燥工艺参数控制第十页，共二十六页。干燥以后进行浆料的烧结，将基板放置在带式炉的传送带上进行烧结。控制要点：清洁的烧结炉环境均匀可控的温度工作曲线：预热-升温-恒温-降温

均匀可控的烧结气氛三、厚膜浆料烧结第十一页，共二十六页。四、薄膜技术薄膜技术：指采用蒸镀、光刻与刻蚀等方法制备所需材料膜层的技术。薄膜的含义不只是膜的实际厚度，更多的是指在基板上的膜产生方式。若固体膜物质三维尺寸中，某一维尺寸（通常指厚度）远小于另外两维尺寸，该固体膜称为薄膜。第十二页，共二十六页。四、薄膜技术【薄膜技术与厚膜技术的区别】

厚膜技术是“加法技术”，而薄膜技术是“减法技术”。使用光刻与刻蚀等工艺使薄膜技术得到的图形特征尺寸更小，线条更清晰：更适合高密度和高频率环境。第十三页，共二十六页。典型的薄膜电路典型的薄膜电路由淀积在基板上的三层材料组成：底层材料：电阻材料+基板粘结中层材料：扩散阻挡+导体-电阻粘结顶层材料：导电层第十四页，共二十六页。典型的薄膜生长工艺薄膜工艺通常采用物理气相淀积制备薄膜。第十五页，共二十六页。1、溅射淀积薄膜

利用辉光放电效应产生的高能粒子（等离子体中的离子），对高纯度被溅射物质电极（靶材）进行轰击。等离子体中离子动量转移给待溅射物质粒子后淀积在基板上。第十六页，共二十六页。1、溅射淀积薄膜第十七页，共二十六页。2、蒸发淀积薄膜当材料的蒸汽压超过周围压力时，材料就会蒸发到周围环境中—蒸发的“本质”。薄膜蒸发淀积工艺中，通过加热或电子束轰击的方式，使被蒸镀物质在真空下受热或轰击后蒸发气化，高温蒸发后的原子在温度较低基板上凝集，形成淀积薄膜。第十八页，共二十六页。2、蒸发淀积薄膜蒸发工艺第十九页，共二十六页。2、蒸发淀积薄膜电子束蒸发：利用高电压加速并聚焦电子束，直接打到源表面使金属熔化并蒸发到基片表面形成薄膜。第二十页，共二十六页。蒸发淀积薄膜技术要点（1）蒸发成膜需要相当高的真空度：原因？1）降低蒸汽压力，从而降低蒸发材料所需的温度；2）减少蒸发室内气体分子散射，增加原子平均自由程度，且能使蒸发原子以直线形式运动，改善均匀性；3）去除污染物和组分，如氧和氮，提高纯净度。第二十一页，共二十六页。蒸发淀积薄膜技术要点（2）热蒸发载体材料的选择：高熔点金属（3）蒸发均匀度、距基板距离和粒子动量间的关系（4）电阻加热：坩埚外缠绕电阻丝（5）电子束蒸发的优点：参数易控制第二十二页，共二十六页。蒸发与溅射对比淀积膜的速率：蒸发>溅射合金材料的蒸发成膜：很困难，蒸汽压不同，严

格控制熔化温度蒸发局限于低熔点材料氮化物和氧化物的淀积：采用蒸发技术难以控制第二十三页，共二十六页。3、电镀薄膜技术电镀：将基板和阳极悬挂在含有待镀物质的导电溶液里，在两极间施加电位，可用于金属材料电镀在导电表面上。电镀法特点：制备贵金属薄膜时，电镀法可有效增加膜厚度，且节约使用的靶材，经济性好。但可电镀的材料仅限于金属。比如，先溅射金膜，再电镀增加金膜厚度。薄膜制备完成后进行光刻和刻蚀，以获得所需要的薄膜电路图形……第二十四页，共二十六页。五、薄膜材料1、薄膜电阻材料：通常采用含氧的化合物，实现与基板的粘贴和形成连续的膜。薄膜电阻与厚膜电阻的不同：薄膜电阻晶界不引起噪声，具有更好的稳定性、噪声和TCR特性。最常用电阻材料：镍铬合金（NiCr）、氮化钽（TaN）、二氧化铬（CrO2

）。第二十五页，共二十六页。五、薄膜材料2、阻挡层材料：改善材料层间的扩散和迁移现象、改善焊接性能。如，金与电阻之间需要