集成电路芯片封装技术之厚膜技术

第三章厚/薄膜技术前课回顾1.芯片互连技术的分类2.WB技术、TAB技术与FCB技术的概念3.三种芯片互连技术的对比分析芯片互连技术对比分析

厚膜技术简介主要内容

厚膜导体材料膜技术简介厚膜（ThickFilm）技术和薄膜技术（ThinFilm）是电子封装中的重要工艺技术，统称为膜技术。可用以制作电阻、电容或电感等无源器件，也可以在基板上制成布线导体和各类介质膜层以连接各种电路元器件，从而完成混合（Hybrid）集成电路电子封装。厚膜技术厚膜技术是采用丝网印刷、干燥和烧结等工艺，将传统无源元件及导体形成于散热良好的陶瓷绝缘基板表面,并用激光处理达到线路所需之精密度,再采用SMT技术,将IC或其他元器件进行安装,构成所需要的完整线路,最后采用多样化引脚和封装方式,实现模块化的集成电路——厚膜混合集成电路（HIC，HybridIntegratedCircuit）。厚膜印刷所用材料是一种特殊材料——浆料，而薄膜技术则是采用镀膜、光刻和刻蚀等方法成膜。

较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不包括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动系统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普通PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。厚膜电路特点及应用所有厚膜浆料通常有两个共性：一、适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的黏性流体；

二、有两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供最终膜的电和力学性能，另一个是载体相（粘合剂），提供合适的流变能力。厚膜浆料牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系，即在受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。牛顿内摩擦定律表达式：τ=μγ式中：τ--所加剪切应力；

γ--剪切速率（流速梯度）；

μ--度量液体粘滞性大小的物理量—黏度，其物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。牛顿流体和非牛顿流体厚膜多层制作步骤厚膜浆料厚膜浆料可分为聚合物厚膜、难熔材料厚膜和金属陶瓷厚膜；其中，难熔材料厚膜是特殊一类金属陶瓷厚膜，需要在较之传统金属陶瓷材料更高的温度下进行烧结。聚合物厚膜材料：包含带有导体、电阻或绝缘颗粒的聚合物材料混合物，通常在85-300摄氏度范围内固化。聚合物导体主要是C和Ag，常用于有机基板材料上。金属陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金属的混合物，通常在850-1000摄氏度的范围内烧结。传统厚膜浆料的主要成分传统的金属陶瓷厚膜浆料具有四种主要成分：

有效物质—决定膜功能粘结成分—提供膜与基板间的粘结以及使有效物质保持悬浮状态的基体；有机粘结剂—提供丝网印刷时的合适流动性能；溶剂或稀释剂—决定运载剂的粘度传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有效物质浆料中的有效物质决定烧结膜的电性能，如果是金属则烧结膜是导体，如果是金属氧化物则是一种电阻；如果有效物质是一种绝缘材料，则烧结后的膜是一种介电体，有效物质一般以粉末形式出现，颗粒尺寸为1-10um，平均粒径约5um。通常情况下介电体是绝缘体，在外加一定强度电场的情况下，会导致电击穿成为导电材料，常用于制作电容器。传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分粘接成分：主要有两类物质用于厚膜与基板的粘接：玻璃材料和金属氧化物，可以单独使用或者一起使用。玻璃材料粘接机理：【与基板中的玻璃发生化学反应】和【玻璃态物质熔融流入基板不规则表面】

玻璃粘结的不足？

物理过程因存在热循环和热储存而退化烧结玻璃材料表面存在玻璃相，影响后续组装工艺。传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分金属氧化物粘接机理：金属Cu和Cd（镉）与浆料混合，发生基板表面氧化反应生成氧化物，金属与氧化物粘结并通过烧结结合在一起。

金属氧化物粘结的优缺点？玻璃-氧化物粘接机理：氧化物一般为氧化锌或氧化钙，低温下可发生反应，克服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有机粘结剂有机粘接剂通常是一种触变的流体，作用：可使有效物质和粘接成分保持悬浮态直到膜烧制完成；可为浆料提供良好的流动特性以进行丝网印刷。有机粘结剂不挥发，但在高温下趋于烧尽，粘结剂在烧结过程中必须被完全氧化，不能存在有影响膜的残余物质（C）存在。氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷，需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥发，在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜品醇、丁醇和某些络合的乙醇；溶剂或稀释剂用于烧结前的有机粘结剂的稀释，烘干和烧结时挥发掉。配制浆料时，须将各成分按一定比例充分混合。制造过程开始于粉末态的物质，通过从化学溶液中沉淀出来的金形成的金粉末与细筛的玻璃粉混合，加入运载剂（由适当的溶剂、增稠剂或胶混合）后用球磨机使混合物充分混合来减小玻璃料和其他脆性材料的颗粒尺寸，最后由三辊轧膜机将浆料的组分弥散开，保证颗粒尺寸均匀。厚膜浆料的制备球磨设备和临界速率厚膜浆料的参数：粒度（FOG细度计测量）固体粉末百分比含量（400℃煅烧测量）粘度（锥板或纺锤粘度计测量）。厚膜浆料的参数为适应丝网印刷，浆料需具有下述特性：【流体比须具有一个屈服点】—印刷后静止不流动，流动最小压力远大于重力【流体应具有某种触变性】—剪切速率影响流体流动性【流体应具有某种程度滞后作用】—粘度随压力降低而增加厚膜导体在混合电路中实现的功能：【提供电路节点间的导电布线功能】【提供后续元器件焊接安装区域】【提供电互连：元器件、膜布线和更高级组装互连】【提供厚膜电阻的端接区】【提供多层电路导体层间的电气连接】厚膜导体材料厚膜导体材料基本类型：可空气烧结厚膜导体：主要是指不容易形成氧化物的金属材料(Au和Ag等）可氮气烧结厚膜导体：通常是指在部分低含氧量状态下易于氧化的材料（Cu、Ni和Al等）须还原气氛烧结厚膜导体：难熔材料M和W，防止烧结过程中，其他物质热分解后被氧化。厚膜导体材料厚膜导体材料性能【电迁移】与【可靠性】【金属间化合物与欧姆接触】【柯肯达尔效应】【合金化】《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如《化妆品监督管理及安全性评价》等。七、标准的结构和主要内容（一）结构：1.范围2.一般术语3.毒理学试验方法术语4.卫生化学检验方法术语5.微生物检验方法术语6.人体安全性和功效性评价术语7.常用原料术语8.缩写9.中英文索引（二）主要内容：1).一般术语39条涉及化妆品的基本定义、化妆品生产和监督管理中出现频率较高的术语。2).毒理学试验方法术语40条收录了《化妆品卫生规范》中涉及的术语，以及在毒理学领域出现频率较高、与化妆品毒理学试验方法联系较密切的术语。3).卫生化学检验方法术语22条收录了化妆品的卫生化学检验方法中较常用的术语。

4).微生物检验方法术语6条收录了《化妆品卫生规范》中所涉及的术语。5).人体安全性和功效性评价术语38条收录了人体安全性和功效性评价的常用术语。6).常用原料术语55条收录了常用原料术语，与《化妆品管理及安全性和功效性评价》保持一致，并根据企业、专家的意见进行了适当修改。7).缩写涉及国际机构缩写以及化妆品毒理学、化学、人体安全性和功效评价等领域专业术语的缩写34条。七、征求意见处理情况2009年2月20日，《化妆品术语》在全国公开范围内公开征求意见，截止到2009年3月末共收到来自企业、和社会各界的意见和建议共146条，分布情况如下：征求意见来源统计图二一般术语三毒理学四化学五微生物六人体七原料八