集成电路芯片封装第3章(二)

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当前第1页\共有26页\编于星期一\16点前课回顾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

电阻的小当前第2页\共有26页\编于星期一\16点一、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、薄膜材料当前第3页\共有26页\编于星期一\16点

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、丝网印刷当前第4页\共有26页\编于星期一\16点丝网印刷步骤：【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、丝网印刷当前第5页\共有26页\编于星期一\16点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当前第6页\共有26页\编于星期一\16点【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当前第7页\共有26页\编于星期一\16点二、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？当前第8页\共有26页\编于星期一\16点厚膜浆料干燥工艺

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。当前第9页\共有26页\编于星期一\16点主要控制参数：【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当前第10页\共有26页\编于星期一\16点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、厚膜浆料烧结当前第11页\共有26页\编于星期一\16点四、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。当前第12页\共有26页\编于星期一\16点四、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。当前第13页\共有26页\编于星期一\16点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：导电层当前第14页\共有26页\编于星期一\16点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。当前第15页\共有26页\编于星期一\16点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。当前第16页\共有26页\编于星期一\16点1、溅射淀积薄膜当前第17页\共有26页\编于星期一\16点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。当前第18页\共有26页\编于星期一\16点2、蒸发淀积薄膜蒸发工艺当前第19页\共有26页\编于星期一\16点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。当前第20页\共有26页\编于星期一\16点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。当前第21页\共有26页\编于星期一\16点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：参数易控制当前第22页\共有26页\编于星期一\16点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当前第23页\共有26页\编于星期一\16点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……当前第24页\共有26页\编于星期一\16点五、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

）。当前第25页\共有26页\编于星期一\16点五、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