厚膜技术 第三章 第一讲 - 王凤江.ppt

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(T

2、hick 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

3、粘贴成分：玻璃（铅硼硅玻璃）和金属氧化物； 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

4、.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,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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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 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