集成电路封装工艺流程

第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程硅片减薄硅片切割芯片贴装芯片互连去飞边毛刺切筋成形上焊锡打码成型技术2.2芯片切割、为什么要减薄半导体集成电路用硅片4吋厚度为520μm，6吋厚度为670μm。这样就对芯片的切分带来困难。因此电路层制作完成后，需要对硅片反面进行减薄，使其到达所需要的厚度，然后再进行划片加工，形成一个个减薄的裸芯片。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程减薄厚硅片粘在一个带有金属环或塑料框架的薄膜〔常称为蓝膜〕上，送到划片机进行划片。现在划片机都是自动的，机器上配备激光或金钢石的划片刀具。切割分局部划片〔不划到底，留有残留厚度〕和完全分割划片。对于局部划片，用顶针顶力使芯片完全别离。划片时，边缘或多或少会存在微裂纹和凹槽这取决于刀具的刃度。这样会严重影响芯片的碎裂强度。减薄工艺先划片后减薄和减薄划片两种方法第二章封装工艺流程

DBG(dicingbeforegrinding)在背面磨削之前，将硅片的正面切割出一定深度的切口，然后再进行磨削。

DBT(dicingbythinning)在减薄之前先用机械的或化学的方法切割出一定深度的切口，然后用磨削方法减薄到一定厚度后，采用常压等离子腐蚀技术去除掉剩余加工量。。这两种方法都很好地防止了或减少了减薄引起的硅片翘曲以及划片引起的边缘损害，大大增强了芯片的抗碎能力。2.3芯片贴装芯片贴装，也称芯片粘贴，是将芯片固定于封装基板或引脚架芯片的承载座上的工艺过程。

第二章封装工艺流程共晶粘贴法焊接粘贴法导电胶粘贴法玻璃胶粘贴法贴装方式共晶粘贴法共晶反响指在一定的温度下，一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相反响。例如，含碳量为2.11%-6.69%的铁碳合金，在1148摄氏度的恆温下发生共晶反响，产物是奥氏体〔固态〕和渗碳体〔固态〕的机械混合物，称为“莱氏体〞。

一般工艺方法陶瓷基板芯片座上镀金膜-将芯片放置在芯片座上-热氮气氛中〔防氧化〕加热并使粘贴外表产生摩擦〔去除粘贴外表氧化层〕-约425℃时出现金-硅反响液面，液面移动时，硅逐渐扩散至金中而形成紧密结合。第二章封装工艺流程共晶粘贴法

预型片法，此方法适用于较大面积的芯片粘贴。优点是可以降低芯片粘贴时孔隙平整度不佳而造成的粘贴不完全的影响。第二章封装工艺流程2.3.2焊接粘贴法焊接粘贴法是利用合金反响进行芯片粘贴的方法。优点是热传导性好。一般工艺方法将芯片反面淀积一定厚度的Au或Ni，同时在焊盘上淀积Au-Pd-Ag和Cu的金属层。然后利用合金焊料将芯片焊接在焊盘上。焊接工艺应在热氮气或能防止氧化的气氛中进行。

第二章封装工艺流程合金焊料硬质焊料软质焊料硬质焊料：金-硅、金-锡、金-锗。优点：塑变应力值高〔“内应力〞指组成单一构造的不同材质之间，因材质差异而导致变形方式的不同，继而产生的各种应力。当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变〔Strain〕。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力．把分布内力在一点的集度称为应力〔Stress〕。物体由于外因而变形时，在物体内各局部之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力〔Stress〕。按照应力和应变的方向关系，可以将应力分为正应力σ和切应力τ，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向与应变垂直。按照载荷〔Load〕作用的形式不同，应力又可以分为拉伸压缩应力、弯曲应力和扭转应力〕，具有良好的抗疲劳与抗潜变特性。缺点：因材质的热膨胀系数不同而引发应力破坏。2.3.3导电胶粘贴法导电胶是银粉与高分子聚合物〔环氧树脂〕的混合物。银粉起导电作用，而环氧树脂起粘接作用。第二章封装工艺流程导电胶有三种配方：〔1〕各向同性材料，能沿所有方向导电。〔2〕导电硅橡胶，能起到使器件与环境隔绝，防止水、汽对芯片的影响，同时还可以屏蔽电磁干扰。〔3〕各向异性导电聚合物，电流只能在一个方向流动。在倒装芯片封装中应用较多。无应力影响。三种导电胶的特点是：化学接合、具有导电功能。导电胶贴装工艺第二章封装工艺流程膏状导电胶：用针筒或注射器将粘贴剂涂布到芯片焊盘上〔不能太靠近芯片外表，否那么会引起银迁移现象〕，然后用自动拾片机〔机械手〕将芯片精确地放置到焊盘的粘贴剂上，在一定温度下固化处理〔150℃1小时或186℃半小时〕。固体薄膜：将其切割成适宜的大小放置于芯片与基座之间，然后再进行热压接合。采用固体薄膜导电胶能自动化大规模生产。导电胶粘贴法的缺点是热稳定性不好，高温下会引起粘接可靠度下降，因此不适合于高可靠度封装。玻璃胶粘贴法

与导电胶类似，玻璃胶也属于厚膜导体材料〔后面我们将介绍〕。不过起粘接作用的是低温玻璃粉。它是起导电作用的金属粉〔Ag、Ag-Pd、Au、Cu等〕与低温玻璃粉和有机溶剂混合，制成膏状。

第二章封装工艺流程在芯片粘贴时，用盖印、丝网印刷、点胶等方法将胶涂布于基板的芯片座中，再将芯片置放在玻璃胶之上，将基板加温到玻璃熔融温度以上即可完成粘贴。由于完成粘贴的温度要比导电胶高得多，所以它只适用于陶瓷封装中。在降温时要控制降温速度，否那么会造成应力破坏，影响可靠度。2.4芯片互连芯片互连是将芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上的金属焊区相连接。

芯片互连常见的方法：第二章封装工艺流程打线键合（WBwirebonding）倒装芯片键合(FCBflipchipbonding，C4)载带自动键合（TABtapeautomatebonding）第二章封装工艺流程打线键合技术超声波键合（UltrasonicBonding,U/Sbonding）热压键合（ThermocompressionBondingT/Cbonding）热超声波键合（ThermosonicBonding,T/Sbonding）第二章封装工艺流程优点：键合点尺寸小，缭绕高度低，适合于键合点间距小、密度高的芯片连接。缺点：所有的连线必须沿缭绕方向排列〔这不可能〕，因此在连线过程中要不断改变芯片与封装基板的位置再进行第2根引线的键合。从而限制了打线速度。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程打线键合的线材与可靠度〔1〕合金线材铝合金线因纯铝线材太软很少使用。铝合金线标准线材是铝-1%硅。令你一种是含0.5-1%镁的铝导线。其优点是抗疲劳性优良，生成金属间化合物的影响小。

金线纯金线的纯度一般用4个9。为增加机械强度，往往在金中添加5-10ppm铍或铜。金线抗氧化性好，常由于超声波焊接中。第二章封装工艺流程〔2〕影响打线键合可靠度因素第二章封装工艺流程封胶和粘贴材料与线材的反应金属间化合物的形成可靠度常用拉力试验和键合点的剪切试验测试检查可靠度因素第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程蘑菇状凸点一般用光刻胶做掩膜制作，电镀时，光刻胶以上凸点除了继续升高以外，还横向开展，凸点越来越高，横向也越来越大，所以凸点形状像蘑菇。随着横向开展电镀电流密度的不均匀性使得最终得到的凸点顶部成凹形，且凸点的尺寸也难以控制。直状凸点制作是使用厚膜抗腐蚀剂做掩膜，掩膜的厚度与要求的凸点高度一致，所以始终电流密度均匀，凸点的平面是平整的。金凸块制作的传统工艺金凸块制作的传统工艺:第一步，对芯片进行清洁处理第二步，通过真空溅散的方法，在芯片键合的上外表形成粘着层和阻挡层。粘着层提供IC芯片上的铝键合点与凸块间良好的键合力与低的接触电阻特性。常用的材料是Ti、Cr、和Al，这几种金属的与铝和氧化硅的粘着性很好。扩散阻挡层的作用是阻止芯片上的铝与凸块材料之间的扩散反响而形成金属间化合物。金属层做好后、接着涂25微米后的光刻胶，然后用电镀的方法制作金属凸块。凸块制作完成后在其顶面电镀一层25微米的金〔凸块金属不是金的情况〕，目的是起抗氧化作用。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程金凸块制作的传统工艺第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程双层结构载带单层结构载带三层结构载带TAB载带制作技术第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程〔1〕单层结构载带这仅为一铜带，其上腐蚀出引线图案以及支撑结构。方法是将光刻胶涂在铜带的两侧。将要刻蚀掉的局部曝光，腐蚀后留下引线图案。带上可事先制备出凸点，这种情况下可选用不带凸点的芯片。再将载带上的引线排与芯片的I/O键合点键合。单层结构的缺点是全部引线与金属支撑架相连接，阻碍了带上器件的测试检验和通电老化。〔3〕三层结构载带所用载带厚度为5mil，比双层带厚，因而更稳定。它的制作方法是：用粘接剂涂敷12或24英寸的Kapton带，再将带条分裂成TAB产品所需要的适宜宽度。窗口和齿孔用硬工具冲制而成。然后将铜带与Kapton带进行叠合处理，使铜带压合在齿孔机的Kapton。最后光刻铜带，形成引线排。三层结构的优点是胶带和铜之间有很高的结合强度，且绝缘性能好，吸湿性低。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程对位给做成电路的晶圆片上的芯片进行测试，给坏芯片打上标记—用划片机划片—将划过片的大圆片〔晶圆片的反面有粘着层，经划片后仍呈大圆片状〕放置在焊接机的承片台上—按设计程序将性能好的IC芯片置于载带引线图形下面，使载带引线图形对芯片凸点进行精确对位。焊接落下加热的热压焊头，加压一定时间，完成焊接。抬起抬起热压焊头，焊接机将压焊到载带上的IC芯片通过链轮步进卷绕到卷轴上，同时下一个载带引线图形也步进到焊接对位的位置上。芯片传送供片系统按设定程序将下一个好的IC芯片移到新的载带引线图形下方进行对位，从而完成了程序化的完整的焊接过程。焊接工艺条件：焊接温度T=450-500℃；焊接压力P=50g；焊接时间t=0.5-1秒。此外，焊头的平行度、平整度要好，焊接时的倾斜度要适宜，否那么会影响焊接效果。凸点的高度和载带引线图形的厚度的一致性也会影响焊接质量。完成内引脚键合与电性能测试后，芯片与内引脚面或整个IC芯片必须再涂上一层高分子胶材料保护引脚、凸块与芯片，以防止外界的压力、震动、水汽等因素造成破坏。封胶的材料一般为环氧树脂(Epoxy)和硅橡胶(Silicone)。环氧树脂用盖印或点胶的方法涂布，可覆盖整个芯片或仅涂布完成内引脚键合的芯片外表。在烘烤硬化时应注意加温条件，防止气泡和预应力的产生。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程凸点芯片的类型。在多层化金属上可用多种方法形成不同尺寸和高度要求的凸点金属，其分类可按凸点材料分类，也可按凸点结构形状进行分类。按凸点材料分类：Au凸点、Ni/Sn凸点、Cu凸点、Cu/Pb-Sn凸点In凸点Pb/Sn凸点(C4)按凸点结构分类：周边形、面阵形按凸点形状分类：蘑菇状、直状、球形、叠层第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程凸点芯片的制作工艺蒸发/溅散凸点制作法电镀凸点制作法置球及模板印刷制作焊料凸点蒸发/溅散凸点制作法这是早期常用的方法，因为它与IC工艺兼容，工艺简单成熟。多层金属和凸点金属可以一次完成。

工艺流程：制作掩模板-Si圆片安装制作好的掩模板-Si圆片光刻掩模孔-蒸发/溅射各金属层-蒸发/溅射凸点金属-去掩模板、去除光刻胶，剥离多余的金属层-形成凸点。

缺点:是形成的凸点大且低。如果形成一定高度的凸点需要的时间长，真空溅散设备应是多源多靶的，价格贵。本钱高效率低，不适合大批量生产。第二章封装工艺流程电镀凸点制作法这是目前国际上普遍采用的方法，工艺成熟。加工过程少，工艺简单易行，适合大批量制作各种类型的凸点。根本工序：Si3N4钝化，用激光烧毁不合格的芯片-蒸发/溅散Ti-W-Au-涂光刻胶-光刻电极窗口-腐蚀大面积Au-W-Ti-去胶，保存窗口多层电极-闪溅金属层〔Au〕-贴厚光刻胶〔膜〕-套刻出凸点窗口-电镀Au凸点-去除厚胶〔膜〕-腐蚀闪溅Au。第二章封装工艺流程置球及模板印刷制作焊料凸点工艺流程钝化好的圆片-〉覆盖并固定掩模板-〉置Pb-Sn焊料球-〉

H2或N2保护气氛下焊料球再流-〉焊料冷却收球-〉取下掩模板-〉

Pb-Sn焊料芯片凸点形成-〉第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程热压FCB法使用倒装焊接机完成对各种凸点，如Au凸点、Ni-Al凸点、Cu-Pb-Sn凸点的FCB。倒装焊接机是由光学摄像对位系统、检拾热压超声焊头、精确定位承片台及显示屏等组成的精密设备。将欲FCB的基板放置在承片台上，用检拾焊头检拾带有凸点的芯片，面朝下对着基板，一路光学摄像头对着凸点芯片面，一路光学摄像头对着基板上的焊区，分别进行调准对位，并显示在屏上。待调准对位到达要求的精度后，即可落下压焊头进行压焊。压焊头可加热，并带有超声，同时承片台也对基板加热，在加热、加压、超声到设定的时间后就完成所有凸点与基板焊区的焊接。FCB与基板的平行度非常重要，如果它们不平行，焊接后的凸点形变将有大有小，致使拉力强度也有高有低，有的焊点可能达不到使用要求。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程环氧树脂光固化倒装焊法这是一种微凸点FCB法。日本曾用这种方法对6mm×6mm芯片成功进行倒装焊，Au凸点仅为5μm×5μm，节距只有10μm，载有2320个微凸点。与一般倒装焊截然不同的是，这里利用光敏树脂光固化时产生的收缩力将凸点与基板上谨慎焊区牢固地互连在一起，不是“焊接〞，而是“机械接触〞。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程各向异性导电胶ACA有热固型、热塑型和紫外光(UV)固化型几种，而以UV型最正确，热固型次之。UV型的固化速度快，无温度梯度，故芯片和基板均不需加热，因此不需考虑由UV照射固化产生的微弱热量引起的热不匹配问题。UV的光强可在1500mW/cm2以上，光强越强，固化时间越短。一般照射数秒后，让ACA到达“交联〞，这时可去除压力，继续光照，方可到达完全固化。光照时需加压，100μm×100μm的凸点面积，需加压0.5N/凸点以上。第二章封装工艺流程为了制作更小、精度更高的LCD，就要不断缩小IC芯片的凸点尺寸、凸点节距或倒装焊节距。例如小于50μm凸点尺寸或节距，这样使用ACA常规倒装焊方法，将使横向短路的可能性随之增加。为了消除这种不良影响，使用ACA倒装焊方法要加以改进，其中设置尖峰状的绝缘介质坝就是一种有效的方法。第二章封装工艺流程倒装焊接后的芯片下填充倒装焊后，在芯片与基板间填充环氧树脂，不但可以保护芯片免受环境如湿汽、离子等污染，利于芯片在恶劣环境下正常工作，而且可以使芯片耐受机械振动和冲击。特别是填充树脂后可以减少芯片与基板〔尤其PWB〕间膨胀失配的影响，即可减小芯片凸点连接处的应力和应变。第二章封装工艺流程倒装焊芯片下填充环氧树脂填料要求应小于倒装焊芯片与基板间的间隙，以到达芯片下各处完全填充覆盖。①填料应无挥发性，因为挥发能使芯片下产生间隙，从而导致机械失效。②应尽可能减小乃至消除失配应力，填料与倒装芯片凸点连接处的z方向CTE(CoefficientofThermalExpansion热膨胀系数)应大致匹配。③为防止PWB产生形变，填料的固化温度要低一些。④要到达耐热循环冲击的可靠性，填料应有高的玻璃转化温度。⑤对于存储器等敏感器件，填充α放射性低的填料至关重要。⑥填料的粒子尺寸⑦在填充温度操作条件下的填料粘滞性要低，流动性要好，即填料的粘滞性应随着温度的提高而降低。⑧为使倒装焊互连具有较小的应力，填料应具有较高的弹性模量和弯曲强度。⑨在高温高湿环境条件下，填料的绝缘电阻要高，即要求杂质离子〔Cl-、Na＋、K＋等〕数量要低。⑩填料抗各种化学腐蚀的能力要强。第二章封装工艺流程填料的填充方法

实际填充时，将倒芯片和基板加热到70-75℃，利用加有填料、形状如同“L〞的注射器，沿着芯片的边缘双向注射填料。由于毛细管虹吸作用，填料被吸入，并向芯片-基板的中心流动。一个12.7mm见方的芯片，10分钟可完全充满缝隙，用料大约0.03ml。填充后要对环氧树脂进行固化。可在烘箱中分段升温，待到达固化温度后，保温3-4小时，即可到达完全固化。第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程第二章封装工艺流程转移成型技术设备预加热器压机模具和固化炉2.6去飞边毛刺塑料封装中塑封料树脂溢出、贴带毛边、引线毛刺等统称为飞边毛刺现象。去飞边毛刺主要工序第二章封装工艺流程介质去飞边毛刺溶剂去飞边毛刺用介质去飞边毛刺时，是将研磨料〔如颗粒状的塑料球〕与高压空气一起冲洗模块。在去飞边毛刺过程中，介质会将框架引脚的外表轻微擦磨，这将有助于焊料和金属框架的粘连。水去飞边毛刺用水去飞边毛刺工艺是利用高压的水流来冲击模块，有时也会将研磨料与高压水流一起使用。用溶剂来去飞边毛刺通常只适用于很薄的毛刺。溶剂包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)或双甲基呋喃〔DMF〕。2.7上焊锡封装后要对框架外引线进行上焊锡处理，目的是在框架引脚上做保护层和增加其可焊性。上焊锡可用二种方法，电镀和浸锡。电镀工序：清洗-在电镀槽中进行电镀-冲洗-吹干-烘干〔在烘箱中〕浸锡工序：去飞边-去油-去氧化物-浸助焊剂-热浸锡〔熔融焊锡，Sn/Pb=63/67〕-清洗-烘干二种方法比较：浸锡容易引起镀层不均匀，中间厚，边上薄〔外表张力作用〕。电镀中间薄角周围厚〔电荷集聚效应〕。电镀液还会造成离子污染。第二章封装工艺流程2.8切筋成型切筋工艺是指切除框架外引脚之间的堤坝以及在框架带上连在一起的地方；成型工艺那么是将引脚弯成一定形状，以适合装配的需要。切筋成型通常是两道工序，但同时完成〔在机器上〕。有的公司是分开做的，如Intel公司。先切筋，然后完成上焊锡，再进行成型工序，其好处是可以减少没有上焊锡的截面面积，如切口局部的面积。第二章封装工艺流程2.9打码打码就是在封装模块的顶面印上去不掉的、字迹清楚的标识，包括制造商的信息、国家、器件代码等。最常用印码方式是油墨印码和激光印码两种。第二章封装工艺流程油墨打码工艺过程有些像敲橡皮图章，因为是用橡胶来刻制打码标识。油墨是高分子化合物，是基于环氧或酚醛的聚合物，需要进行热固化，或使用紫外光固化。油墨打码对外表要求较高，外表有污染油墨那么打不上去。另外油墨也容易擦去。为了节省生产实间，在模块成型之后先打码，然后将模块进行固化，也就是塑封料和油墨一起固化。粗糙的外表油墨的粘附性好。激光印码利用激光就是在模块外表写标识。现有激光打码机。激光打码最大的优点是印码不易擦去，工艺简单。缺点是字迹较淡。第二章封装工艺流程回流焊工艺流程：丝网印刷焊膏-贴片-回流焊其核心是丝网印刷的准确性。贴片元器件是通过焊膏固定的。回流焊是在回流焊设备中进行的。将贴好元器件的电路板进入再流焊设备，传送系统带动电路板通过设备里各个设定的温度区域，焊膏经过了枯燥、预热、熔化、冷却，将元器件焊接到电路板上。第二章封装工艺流程回流焊的焊接原理:

当PCB进入升温区〔枯燥区〕时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘、元器件端头和引脚，焊膏软化、塌落无铅波峰焊、覆盖了焊盘、回流焊元器件端头和引脚与氧气隔离→计算机B进入保温区时，PCB和元器件得到充分的预热，以防PCB突然进入焊接高温区而损坏PCB和元器件→当电脑B进入焊接区时，温度迅速上升使焊膏到达熔化状态，液态焊锡对PCB的焊盘、元器件端头和引脚润湿、扩散、漫流或回流混合形成焊锡接点→PCB进入冷却区，使焊点凝固。此时完成了再流焊。按加热方式的不同，分为气相回流焊〔焊剂(锡膏)在一定的高温气流下进行物理反响到达SMD的焊接；因为是气体在焊机内循环流动产生高温到达焊接目的，所以叫“回流焊〕、红外回流焊、远红外回流焊、红外加热风回流焊和全热风回流焊。另外根据焊接特殊需要还有充氮回流焊。目前常见设备有台式回流炉和立式回流炉。4.微调微调是厚膜元件烧结后，对其阻值或容量进行微量调整的一种方法。微调的原因是：因为厚膜电阻或电容在烧结后其阻值和容量通常还不能完全到达所要求的数值精度，所以还需要进行调整。调整的方法：用喷砂或激光等方法来切割电阻或电容图形，以改变他们的几何尺寸。使阻值或容量发生变化，从而到达预定的标称值和所需的精度。微调对电阻来说，通常是阻值上升，而电容器较多的是容量下降。5.封装封装是把制成的厚膜电路或组合件保护在一定的外壳中或采取其它防护措施，如印刷一层保护层，以到达防潮、防辐射和防止周围环境气氛等影响。3.3厚膜材料厚膜材料包括基板、导体材料、电阻材料、介质材料。陶瓷基板包括：氧化铝陶瓷基板、氧化铍陶瓷基板、特种陶瓷基板〔高介电系数的钛酸盐、锆酸盐，和具有铁磁性的铁氧体陶瓷等，主要作传感器和磁阻电路用〕、氮化铝基板和碳化硅陶瓷基板。厚膜基板陶瓷金属树脂氧化铝陶瓷基板目前用的比较多的基板，它的主要成分是Al2O3，基板中Al2O3的含量通常为92-99.9%，Al2O3的含量愈高基板的性能愈好，但与厚膜的附着力较差，因此一般采用94-96%Al2O3的陶瓷。这种氧化铝陶瓷板要在1700℃以上高温下烧成，因而本钱比较高。所以国内外也有采用85%和75%Al2O3陶瓷的，虽然它们的性能稍差些，但本钱低，在一般的电路生产中可采用。多层陶瓷基板所谓多层陶瓷基板，就是呈多层结构，它是用来作多层布线用的。目前用的最多的主要是氧化铝多层陶瓷基板。多层化的方法有三种：厚膜多层法—用烧成的Al2O3板印刷多层法—用未烧成〔生〕的基板生板〔片〕叠层法—用生板〔带有通孔〕厚膜多层法厚膜多层法是在烧成的氧化铝基板上交替地印刷和烧结厚膜导体〔如Au、Ag-Pd等〕与介质浆料而制成，导体层之间的连接是在介质层上开孔并填入导体浆料，烧结后而相互连接起来。印刷多层法它是在生的氧化铝陶瓷基板上印刷和枯燥Mo、W等导体层，然后再其上印刷和枯燥与基板成分相同的Al2O3介质浆料，反复进行这种工序到所需层数，再将这种基板在1500-1700的复原气氛中烧成，基板烧成后，在导体局部镀镍、金以形成焊区，焊接外接元件。生板〔片〕叠层法它是在冲好通孔的氧化铝生片上印刷Mo、W等导体，然后将这种印好导体图形的生片合叠到所需层数，在一定的压力和温度下压紧，再放到1500-1700℃的复原气氛中烧结成一个巩固的整体。

以下进行三种多层化方法的比较厚膜多层法特点：制造灵活性大，介质浆料可以用多种成分，不一定用基板成分。可以在空气中烧结，温度在1000℃以下。烧结后基板上的导体不需要电镀，用金或银-钯可直接焊接。基板内部可以制作电阻、电容等厚膜元件。制作过程容易实现自动化。缺点：制造很细的线〔微细线〕困难。因烧成的介质上印导线容易渗开。可焊性、密封性和散热性没其它二种好。印刷多层法和生片叠层法二者是利用生片容易吸收浆料中的溶剂的特点来制造的，它们的优点：线条不会渗开变粗，可以印出分辨率很高的微细线。容易实现多层化，进行高密度布线。即层数可以制得很多，尤其是生片叠层法可以做到30层以上。导体和绝缘介质烧成整体，密封性好，可靠性高。基板只需一次烧成，导体采用Mo、W等贱金属材料，因而本钱低。缺点：设计和制造灵活性差，生产周期长烧结温度高，要在复原性气氛中烧结等。三种多层化方法的比较对厚膜导体的要求1导电率高，且与温度的相关性小2附着力强3可焊性好，能重焊4抗焊料侵蚀5可热压焊合超声焊6适合丝网印刷和烧结，多次烧结性能不变7不发生迁移现象，与其他元器件相容性好8资源丰富，成本低厚膜导体与材料Ag、Ag-Pd、Cu、Au等能较好地满足上述要求，实际采用较多。Ag浆料的最大特点是电导率高，但其与基板的附着强度、焊接特性等存在问题。焊接后的Ag厚膜导体，随时间加长及温度上升，其与基板的附着强度下降。这是由于Ag与玻璃层间形成Ag-O键，以及与焊料扩散成分生成Ag3Sn所致。为了防止或减少Ag3Sn的发生，或者使Ag膜加厚，或者在Ag上电镀Ni。Ag导体的最大缺点是容易发生迁移。这是由于Ag与基板外表吸附的水分相互作用，Ag＋与OH-生成AgOH。AgOH不稳定，容易被氧化而析出Ag，从而引起Ag的迁移。为了抑制Ag的迁移，一般都要在浆料中添加Pd或Pt。Ag银导体Ag中添加Pd，当Pd/(Pd+Ag)＞0.1左右时即产生效果，但当Pd的添加量较多时，在300-760℃范围内发生氧化反响而生成PdO，这不仅使焊接性能变差，而且造成导体电阻增加。因此，Ag/Pd比一般要控制在〔2.5：1〕～〔4.0：1〕。为了提高Ag-Pd导体的焊接浸润性，以及导体与基板间的接合强度，需要添加Bi2O3。在烧成过程中，局部BiO2O3溶入玻璃中，在玻璃的相对成分增加的同时，它与Al2O3基板发生如下反响：Al2O3+Bi2O3→2〔Bi·Al〕2O3Ag-Pd银-钯导体随Bi含量增加，膜的结合强度增大。焊接时要对膜加热，加热时间增加，金属粒界与玻璃之间分散的Bi2O3会发生如下还原反应：

2Bi2O3+3Sn→4Bi+3SnO2使用Ag-Pd导体时，通常进行下述试验：①测定电阻值〔按需要有时也包括TCR〕②浸润性。测量导体膜上焊料液滴的展宽直径。④迁移性。在导体图形间滴上水滴，并施加一定电压测量到达短路今后经过的时间。⑤结合强度。在导体膜焊接引线，沿垂直于膜面方向拉伸，测量拉断时的强度，确定破断位置，分析断面形貌结构等。⑥热老化后的强度。焊接后，在150℃下放置48小时，测量导线的结合强度等。Ag-Pd银-钯导体与贵金属相比，铜具有很高的电导率，可焊性、耐迁移性、耐焊料浸蚀性都好，而且价格廉价。但是，铜在大气中烧成会氧化，需要在氮气中烧成，其中的氧含量应控制在几个ppm(即10-6)以下。此外在多层工程中与介质体共烧时容易出现分层和微孔等。二步烧成法：即先在氧化气氛中，后在复原气氛中对铜浆料进行烧成。这样既可全部排除有机粘结剂，又可提高附着力、可焊性、电导等性能。首先在N2中掺入〔10-1000〕ppm的O2在此气氛下，在900℃烧制10分钟，而后在N2中混入1%H2的气氛中，在250～260℃，烧制10分钟，即告完成。两步烧成法制成的Cu厚膜可采用不含银的63Sn/37Pb焊接，导体的结合强度也很高。Cu铜导体烧成法也适用于多层化，并已用于MCM基板的制作。先在Al2O3上印刷CuO浆料，枯燥后，印刷硼硅酸玻璃〔SiO3-B2O3-Al2Al3-CaO-MgO〕绝缘体浆料，再枯燥，枯燥条件是125℃，10分钟。重复操作假设干次，然后在大气中烧结30分钟排胶，再在约含10%H2的气氛中，在450℃复原，接着在非活性气氛中1000℃烧成。Cu铜导体在金浆料中有玻璃粘结型、无玻璃粘结型、混合型三种。玻璃粘结剂将Au与玻璃粉末分散于有机溶剂中制成的。但这种浆料再烧成时玻璃易浮到膜层外表，从而有使引线键合变难的倾向。代替玻璃而参加TiO2、CuO、CdO等，与基板反响，生成CuAl2O4、Al2O4Cd等化合物，成为导体膜与基板之间的界面。这种化合物与基板形成化学结合，也属于不用玻璃粘结剂而实现导体膜与基板结合的浆料，但化合物生成温度高是难点，为此，开发了参加玻璃及Bi2O3等富于流动性的物质，使烧成温度降低的混合结合型浆料。Au金导体通称树脂浆料，由这种有机金属化合物浆料可最终制取金属膜层。目前已有满足电子工业领域各种不同要求的各类树脂浆料。一般是在Au、Ag、Pd、Pt等有机金属的导电材料中添加Bi、Si、Pb、B等有机金属添加剂，做成液体状的Au、Ag、Pt、Au-PtPd浆料等市场出售。金属有机化合物浆料

〔metallo-organicpaste;MO浆料〕金属有机化合物浆料

〔metallo-organicpaste;MO浆料〕树脂浆料优点1便宜2所用设备投资少3可得到致密、均质、平滑的膜层4可光刻制取细线5与电阻体、绝缘体的相容性好缺点1对所用基板表面平滑性要求高2对基板表面及环境的清洁度要求高3由于膜层薄，故导体电阻大厚膜电阻与材料厚膜电阻与厚膜导体、厚膜基板一样，也是厚膜电路开展最早，工艺最成熟、应用最广泛的元件之一。而制造厚膜电阻用的浆料，在电路中的应用仅次于导体浆料。目前，电阻浆料的方阻范围很宽，从1Ω/□～10MΩ/□，电性能也很好，因而可以用来制造所有阻值的厚膜电阻器，电性能和稳定性都特别优良。厚膜电阻与材料电阻浆料的性能要求电阻浆料的性能要求电阻范围宽与导体材料相容性好TCR和TCR跟踪小不同方阻浆料间的混合性能好非线性和噪声小适合丝网印刷稳定性高烧成温度范围宽功耗（功率密度）大再现性好、成本低结构厚膜电阻的结构是不均匀的相结构，因为均匀的分散相，那么导电颗粒被绝缘颗粒隔开，就没有电导，如果导电相浓度上升，相互连接的电导将大大地上升，出现突变。无法改变成分含量来改变阻值，故必须采用不均匀的分散相。其方法是使用玻璃粉的颗粒要求比导电颗粒要粗，这样，在湿的浆料中，每个玻璃颗粒被许多小的导体颗粒所包围。这就需要其中的玻璃在烧结过程中不完全熔化和产生流动，这时才使膜中的导电颗粒保持链状结构厚膜电阻的结构和导电机制导电机制由于RuO2的优越性能，常用作为厚膜电阻的材料。低阻值厚膜电阻体中的RuO2在烧结过程中相互连接，形成网络结构，构成导电通路。但在高阻值情况下RuO2并不连接在一起。厚膜电阻的结构和导电机制厚膜电阻器电特性的主要参数：

方电阻

电阻温度系数

非线性

噪声和稳定性厚膜电阻的主要参数及根本性能方电阻简称方阻，也称膜电阻。它是指厚度均匀的一块正方形膜，电流从一边流向另一边时所具有的阻值。用Rs表示，单位为Ω/方或Ω/□。根据上面的方阻定义，可以得出方阻Rs与膜厚度t及材料电阻率ρ的关系。对于以下图所示的任意一块厚膜，其电阻值R可用下式来表示：ρ为电阻膜的体积电阻率〔Ω•cm〕；l为膜的长度；s为膜的横截面积；w和t分别为膜的宽度和厚度。方电阻（式3.1）如果膜的长宽相等，即为正方形时，l=w,那么上式变为根据方阻的定义，此时膜的电阻R即为方阻Rs，因此方阻的大小只与膜材料的性质〔ρ〕有关，而与正方形膜的尺寸大小，即正方形的大小无关，因而方阻Rs表征了厚膜的电阻特性。引入方阻后，3.1式的电阻值可写成：式中：N是电阻膜的长宽比，称为方数。一般厚膜电阻的阻值由材料的方阻Rs和膜的几何尺寸决定，可以通过不同方阻值的厚膜材料和不同尺寸大小来到达所需的阻值。对于一种厚膜电阻材料，例如RuO2电阻材料，希望它的方阻范围越宽越好，这样可以满足电路中各种阻值的要求。方电阻（式3.2）（式3.3）电阻温度系数是表征厚膜电阻器组值稳定性的一个重要的参数，它反映了阻值随温度变化的特性。电阻温度系数通常用TCR来表示，它表示温度每变化1℃Rs时，电阻值的相对变化，即：式中，R1、R2分别为温度T1和T2时的阻值。T1通常为+25℃，而T2目前规定为+125℃或-55℃。+25℃～+125℃范围测量的TCR称为正温TCR，而在+25℃～-55℃范围测得的TCR为负温TCR。温度系数单位用ppm/℃〔即10-6/℃,百万分之几来表示〕。电阻温度系数（式3.4）希望材料或电阻器的TCR绝对值愈小愈好，最好接近于零。这样，阻值几乎不随温度而变，因而性能稳定。TCR的大小与多种因素有关，主要有：①厚膜材料的种类、性质；②制造工艺；③测量温度范围；④基板的热膨胀系数等有关。电阻温度系数方阻低的浆料，TCR具有较大的正值〔因为导电材料含量较多，玻璃含量较少，所以温度特性以金属导电颗粒的TCR作用为主〕，高阻浆料，TCR有较大的负值〔因为玻璃含量多，温度特性以玻璃层的势垒电阻的负TCR为主要作用〕，而中等方阻的浆料，TCR有较小的正值或负值〔两种电阻〔颗粒和势垒电阻〕的TCR作用接近〕。所谓温度系数跟踪，或跟踪温度系数，是指在电路的工作温度范围内，电路中各电阻器间TCR之差。例如，电路中两个电阻器R1和R2之间TCR跟踪，即为两个电阻器TCR之差：TCR1-TCR2。跟踪温度系数的大小反映了电路中各个电阻器的阻值随温度变化的一致性是否良好。如果各电阻器间阻值随温度变化的一致性好，那么跟踪温度系数〔或温度系数跟踪〕就小，反之那么大。为了使电路中的电阻间的跟踪温度系数小，应尽量采用阻值-温度特性相一致的浆料。电阻温度系数跟踪厚膜电阻的非线性是指加在电阻器上的电压与通过电阻器的电流不成线性关系〔即正比关系〕的一种特性。

电压U与电流I的比值不是常数〔不符合欧姆定律〕，这时电阻的阻值与外加电压有关，在厚膜电阻器中，R通常随外加电压的增加而减小。其原因是上面所讲的厚膜电阻器的导电机制所决定。厚膜电阻的非线性可用三次谐波衰减和电压系数来衡量。电压系数的定义是：在规定的外加电压范围内，电压每变化1伏时，阻值的平均相对变化，式中，R1和R2分别为电压V1和V2时的阻值；V2为电阻器的额定电压〔由电阻器的功率和最高工作电压：〕而V1=0.1V2。厚膜电阻的非线性（式3.5）电阻器的噪声是一种电噪声，它是产生在电阻器中的一种不规那么的微小电压起伏。这种噪声对正常信号是一种干扰，通过声-电系统转换后，就成为我们耳朵所能听到的噪声。电阻器的种类不同，产生的噪声也不同，即热噪声、1/f噪声和突发噪声。①热噪声热噪声是由导体中自由电子不规那么的热运动所产生的一种噪声。这种噪声是因为电子的热运动引起的，故称热噪声。厚膜电阻的噪声②1/f噪声1/f噪声是厚膜电阻器在音频范围内产生的一种噪声，由于单位频带宽度中的噪声电势〔称为噪声频谱密度〕与频率f成反比，故称1/f噪声。这种噪声也称电流噪声或接触噪声，因为它在颗粒状结构的导体或存在接触电阻的情况下，并且只有在通过电流时才产生。1/f噪声产生是由电阻器导电链中，导电颗粒之间隧道电流的涨落〔起伏〕造成的，而隧道电流的涨落由隧道势垒高度的起伏所引起。这是因为导电颗粒之间的玻璃薄层在厚膜电阻器的烧成过程中存在大量缺陷，因而大量电阻陷阱，能够不断地俘获和释放电子，在外电场存在而产生电流时，这种起伏便构成了电流噪声或1/f噪声。1/f噪声与非线性一样，与电阻器的材料、种类和结构有关，它反映了电阻器制造质量的好坏，因而通过1/f噪声的大小也可判断电阻质量的好坏。厚膜电阻的噪声③突发噪声厚膜电阻器中除了热噪声和1/f噪声外，还有一种突发噪声。这种噪声实际上是一些不规那么的脉冲波，它主要产生在电阻膜中的高场区或高电阻率〔高方阻〕的厚膜材料中。原因：电阻器的热噪声和1/f噪声称为正常噪声，突发噪声主要跟厚膜电阻材料和电阻器制造工艺有关，它通过混合和分散均匀可以减小和消除。厚膜电阻的噪声导电链中导电颗粒之间存在所谓的“临界导电玻璃层〞，所谓临界导电玻璃层是指这种玻璃层比一般的玻璃薄层厚，而不完全导电，处于导电与不导电临界状态。故称为临界导电玻璃层或临界导电绝缘层。当导电颗粒被这种玻璃层隔开时，导电链主要取决于这种玻璃层。它在低场强下显示出很高的电阻，而在高场强下，这种电阻就大大减小，呈现出较大的非线性。如果这种玻璃层中存在能够释放和俘获电子的产生-复合中心，那么产生-复合中心释放和俘获电子的结果，便会使势垒发生变化，在局部高电场存在时，引起隧道电流的涨落，产生突发噪声。厚膜电阻材料可分为贵金属贱金属聚合物厚膜电阻材料最早的一种玻璃釉电阻材料组成：Pd粉、Ag粉和硼硅酸玻璃粉混合制成。各成分的作用：Pd粉在烧成过程中生成PdO,PdO起主要的导电作用，它的生成决定了电阻器的性能。Ag粉的参加有二个作用：i.改善电阻器的性能〔可减小TCR和噪声〕；ii.降低阻值获得低阻。玻璃用作粘结剂，可用来稀释导电相，调整阻值，另外对TCR也有影响。Pd-Ag电阻材料特点1在贵金属材料中成本比较低2电性能和工艺性能较好3对烧成条件（最高烧结温度和保温时间等）非常敏感，因为影响PgO的生成4对还原气氛敏感，在电路的使用过程中如遇到还原气氛时，阻值会发生变化。在高可靠设备中已停止使用。Pt族电阻材料为了降低本钱，还出现了钌酸盐材料，如钌酸铋、钌酸铅等RuO2电阻材料RuO2电阻材料特点1性能稳定性高，加热到1000℃也不会发生化学变化2RuO2本身具有金属导电性，且电阻率低（室温时为5×10-5Ω•cm），TCR为正值，因此可以不加其它金属材料，而直接与玻璃混合起来制成不同的方阻材料，方阻范围很宽（10Ω/方～10MΩ/方），TCR又很小（约100ppm/℃，加入CuO或MnO2控制）3对工艺条件不敏感，受烧结条件影响较小，阻值再现性好，烧成后电性能优良，具有很高的稳定性以贱金属作厚膜电阻的材料种类较多，主要有各种贱金属氧化物，MoO2、SnO2等、氮化物，如TaN-Ta、TiN-Ti等，硅化物，如MoSi2、TaSi2等，碳化物，如WC-W等。但这些材料的性能大局部还不大理想，制成后的性能也不够好，有些材料还要在中性或复原性气氛下烧成。总体来讲能够实用性的还不多。现大多采用RuO2材料。贱金属厚膜电阻材料聚合物电阻材料是非金属碳为导电相，树脂为粘结剂的一种电阻材料。它跟前面导体材料中的聚合物导体材料类似。浆料低温聚合固化，工艺简单，可用各种基板，本钱很低并使用于自动化生产，目前不仅在民用产品中获得广泛应用，而且也应用到军用产品中。①材料组成导电相通常采用碳黑和石墨，低阻中掺入少量银粉。不同方阻除了改变碳黑和石墨及树脂含量外，还应选用不同种类的碳黑材料。②特点方阻范围宽〔10Ω～1MΩ〕；TCR较小〔≤-300ppm〕,噪声和耐磨性好；本钱低，大大低于玻璃釉电阻器。聚合物厚膜电阻材料1〕用途厚膜介质主要用来作：①厚膜电容介质；②多层布线和交叉布线介质〔即隔离介质〕；③电路中的保护层和包封介质等。2〕要求厚膜介质中，各类介质用途不同，对其要求也不同，但总的有一些共同的要求：①绝缘强度高；②绝缘电阻大；③损耗小；④电容温度系数小；⑤适合丝网印刷；⑥屡次烧结不变形，气孔率小；⑦热膨胀系数与其它的相匹配，屡次烧结不变形；⑧和导体相容性好；⑨粘附性好等。厚膜介质材料3〕组成厚膜介质浆料是由陶瓷粉、玻璃粉和有机载体等组成。陶瓷粉是功能相，起介电作用的材料，而玻璃除作粘结剂外，还起到减小介质膜的气孔作用〔含量多会减少介电常数。载体的作用与其它相同。4〕交叉和多层布线介质的构成和作用在高密度布线中，交叉和多层布线用的比较多，因厚膜电路中多层基板三层以上成品率就开始急剧下降。从而本钱增加。超过三层以上多用厚膜多层法。用于交叉和多层布线介质大多是结晶玻璃或者玻璃-陶瓷介质。厚膜介质材料晶化玻璃〔结晶玻璃〕是在玻璃基质中加一定的氧化物添加剂。这种玻璃加热到高于软化点温度时，氧化物添加剂使玻璃成为不透明的。当介质膜第一次被加热到玻璃的软化点和烧结后，在冷却固化时，产生微晶而玻璃变成不透明的，当再次加热时，玻璃的软化点因微晶存在而提高，因而不再流动，除非加热温度超过原来的烧结温度。晶化玻璃常用的材料是钡硅酸铅玻璃，参加钛或铝的氧化物溶于其内，将来别离出来的结晶相为铝硅酸钡和钛酸铝。晶化玻璃是在玻璃相中产生晶相而形成的，它将使玻璃介质的软化温度范围变窄，以及产生无定形玻璃相所不能获得的优点：①热膨胀系数小；②机械强度大；③电性能提高等。介质釉面材料是在较低温度〔550℃左右〕下烧结的非晶玻璃，它是对制成的厚膜元器件〔厚膜电阻、电容等〕提供保护，以免受到机械碰伤或外界环境的污染〔如水汽〕。将制成的厚膜元器件或整个厚膜电路印刷一层釉面浆料，烧成后便形成一层保护层。釉面材料溅射也称溅散是在基板上淀积薄膜常用的方法。溅散是一种物理过程，靶〔作阴极〕被高能正离子轰击，转变能量，进行能量传递，把靶材的粒子弹出。这种溅射的粒子在阳极或接地的支架夹持着的基片上淀积成薄膜。溅射蒸发淀积是在较高的真空中加热一种材料，以至于它的蒸发压力超过周围环境的压力，使它能很快地蒸发。蒸发从一个点状源蒸发，蒸发出来的原子密度可以认为距法线呈余弦分布。所形成的膜中间厚，边缘薄。所以待成膜的基板放在转盘上，以获得厚度均匀的膜层。蒸发薄膜溅射明显地优于蒸发淀积，并且正迅速地作为商业生产工艺取代蒸发淀积。其优点如下：①溅射膜比蒸发淀积膜对基片有更强的附着力。这是由于溅射原子撞击基片时有很高的动能；②溅射膜更密、更均匀；③溅射工艺更通用。靶材除了纯金属外，可以是合金或复合材料。例如，可以使用镍铬靶的各种比例作为各种面电阻率的电阻