第3厚膜材料
厚膜电路包封材料
厚膜电路包封材料厚膜电路包封材料是一种用于保护和封装厚膜电路的材料。
厚膜电路是一种基于聚酰亚胺薄膜的电路板，具有高可靠性、高密度和高稳定性等特点，在电子产品的制造中得到广泛应用。
厚膜电路包封材料的选择对于保护电路的稳定性和可靠性至关重要。
这种材料需要具备以下特点：1. 良好的绝缘性能：厚膜电路包封材料需要具备良好的绝缘性能，能够有效隔离电路与外界环境的接触，防止电路受潮、受污染或受到其他外界干扰。
2. 优异的耐高温性能：电子产品在使用过程中会产生热量，因此厚膜电路包封材料需要具备优异的耐高温性能，能够在高温环境下保持稳定性能，防止材料变形、熔化或损坏。
3. 良好的耐化学性能：电子产品常常接触到各种化学物质，如溶剂、酸碱等，因此厚膜电路包封材料需要具备良好的耐化学性能，能够抵抗化学物质的侵蚀，保持其稳定性能。
4. 良好的机械性能：厚膜电路包封材料需要具备良好的机械性能，能够抵抗外界的物理冲击和挤压，保护电路板不受损坏。
5. 优异的粘接性能：厚膜电路包封材料需要具备优异的粘接性能，能够与电路板牢固粘合，形成密封的保护层，防止水分、灰尘等进入电路板。
厚膜电路包封材料通常采用聚酰亚胺薄膜作为基材，加入适量的填料、稳定剂和粘合剂等，通过特定的工艺制备而成。
常见的厚膜电路包封材料有以下几类：1. 聚酰亚胺薄膜：聚酰亚胺薄膜是一种高性能的绝缘材料，具有优异的耐高温性能和耐化学性能，能够有效保护电路板不受外界环境的影响。
2. 硅胶：硅胶是一种常用的封装材料，具有良好的绝缘性能和耐高温性能，能够形成柔软的保护层，适用于对电路需要柔性保护的场合。
3. 纳米复合材料：纳米复合材料是一种新型的厚膜电路包封材料，通过将纳米填料与基材复合，可以显著改善材料的性能，提高其绝缘性能、耐高温性能和耐化学性能。
厚膜电路包封材料在电子产品的制造中起到了至关重要的作用。
它能够有效保护电路板，提高电路的稳定性和可靠性，延长电子产品的使用寿命。
CH3-厚薄膜技术
环氧树脂系导体浆料
树脂浆料
优点
导电材料 块体材料 1 便宜 电阻率的 /Ω•cm 1.63×10-6
第三章 厚薄膜技术 3.3 厚膜材料
导电性粉末的种类及特性
平均粒径 /μm
粒子形状
2 所用设备投资少
1～3 球状、片状
所制成导电 浆料的电阻率 / Ω•cm
用途
印制电路板，键盘开 关，芯片安装，片式 元件电极，LTCC 印制电路板，LTCC 印制电路板，键盘开 关，电磁屏蔽 电磁屏蔽
Ag-Pd ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-钯导体
使用Ag-Pd导体时，通常进行下述试验：
第三章 厚薄膜技术 3.3 厚膜材料
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达 到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，确定破断位臵，分析断面形貌结构等。 ⑥热老化后的强度。焊接后，在150℃下放臵48小时，测量导 线的结合强度等。
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 成本比较高。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，但成本低，在一般的电路生产 中可采用。
第三章 厚薄膜技术
3.2 厚膜技术 厚膜技术是用丝网印刷或喷涂等方法，将导体浆料、 电阻浆料和介质浆料等涂覆在陶瓷基板上制成所需图形， 再经过烧结或聚合完成膜与基板的粘接。它的基本内容是 印刷和烧结，但目前已发展成综合性很高的一种技术。它 的范围和内容越来越广泛，包括互连技术，制造元器件技 术和组装封装技术。
第3章 厚薄膜技术
常用薄膜导体
过渡金属
Mo、Ir、Ni、Pd、Fe、Pt、W、Ta、Cr、Ti、Zr 导电性差；仅用作复合金属膜
2、电阻薄膜材料
常用的电阻薄膜材料电阻率多发布在 100~2000μΩ·cm 电阻薄膜材料主要有三大类：金属类、合金 类、陶瓷类。
薄膜电阻材料的基本要求 与其他薄膜元件如电容、导线的制造工艺 兼容 良好的工艺性 稳定的电性能 化学稳定性好，材料和工艺成本低
厚膜导体的附着机理
附着机理 金属粒子由热扩散和粘性流动而连接，形 成网状结构 但金属与陶瓷基片的结合很弱 熔化的玻璃可以润湿陶瓷基片表面，产生 连接 玻璃渗入金属网状结构中，形成机械连接
厚膜导体表面形态
厚膜集成电路
采用丝网漏印、等离子喷涂和高温烧结等 技术在绝缘基片上制作的集成电路；
厚薄膜电路的材料-基片材料
分为两大类： 高介电常数介电体：介电常数在数百以 上，主要用于制造厚膜电容器； 低介电常数介电体：ห้องสมุดไป่ตู้电常数在10以下， 用于表面钝化、交叉绝缘层、多层布线绝 缘层及低容量电容器。
高介电常数介电体
高介电常数厚膜电容器主要为：BaTiO3、 Pb（Fe2/3W1/3）x（Fe1/2N1/2）和 TizO3 等。近年继续以BaTiO3钛酸钡为主进行开 发，只是将Ba和Ti由Pb、Ca、Fe等替 代，其介电常数可高达3000~5000。 除介电体材料特性外，烧成温度、时间、 电极材料和尺寸对电容器的特性都用较大 影响。
直流溅射—制备各类金属膜 射频溅射—各类金属与非金属膜 磁控溅射–-是一种淀积速度高、工作气压低的溅射 技术，提高了淀积速度及膜质量， 反应溅射—采用纯金属作为靶材，在气体中混入适 量的活性气体，获得不同的化合物薄膜。
第三章电阻材料
1 纯金属
天津理工大学
纯金属电阻：由电子与晶格的振动（格波）相互碰撞引起 的散射产生的。
温度↑，电子平均运动速度↑，平均碰撞次数↑，平均自由程 ↓，电阻率↑
p
金属电阻率与温度的关系： M AT A为常数 T
金属电阻温度系数：
aR
1 T
正值，T↑,p↑
2 合金材料
天津理工大学
合金材料：金属中加入其他金属原子后， 破坏原来晶格 的周期性排列，使自由电子的散射几率增加。其结果是 合金的电阻率比纯金属的电阻率高。
近年来，电阻器和电位器正向着高精度、高稳定、 高可靠、长寿命、小型化、高（或低）阻值、宽温 度域等方向发展。
天津理工大学
3.3薄膜电阻
• 薄膜电阻器是用蒸发或溅射的方法将一定电阻率 材料蒸镀于绝缘材料表面制成。
各种膜式电阻实物照片
天津理工大学
薄膜电阻材料的特点：
膜厚一般在1μm以下，人们常称它为薄膜电阻材料。 体积小、 阻值范围宽 电阻温度系数小 性能稳定 容易调阻 易于散热 用料少
➢晶界处的原子处于应力状态，它比内部原子有较高的能量， 比交容易离开平衡位置；
➢晶粒间接容易吸引杂质，氧化气氛下，已形成氧化层； ➢晶界处原子排列不规则
使电子遭到散射的几率大．电阻率会提高
天津理工大学
不连续金属膜： 电阻率随厚度减小急剧增大，电阻率虽温度增加而 减小，电阻率与温度的关系类似于半导体材料。
化性能，即使长期暴露在高温、高湿条件下或强 腐蚀性介质中，表面仍能保持初始的状态。它具 有小而稳定的接触电阻，硬度高，寿命长，良好 的焊接性。是最可靠的电位器线绕电阻材料。 缺点：价格最贵
天津理工大学
钯基电阻合金线： 优点：电阻率高，电阻温度系数较低，接触电阻低而
厚薄膜技术
厚膜薄膜技术的区别
相对于三维块体材料，从一般意义上讲，所谓膜，由 于其厚度尺寸小，可以看着是物质的二维形态。在膜 中又有薄膜和厚膜之分。
按膜厚的经典分类认为，小于1μm的为薄膜，大于1μm 的为厚膜。
另一种认为，厚膜与薄膜的概念并不单指膜的厚度， 而主要是还是指制造工艺技术的不同。厚膜是通过丝 网印刷（或喷涂）和烧结（聚合）的方法，而薄膜是 通过真空蒸发、溅散、气相化学淀积、电镀等方法而 形成。
印刷多层法
它是在生的氧化铝陶瓷基板上 印刷和干燥Mo、W等导体层，然 后再其上印刷和干燥与基板成分 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的还原气氛中烧 成，基板烧成后，在导体部分镀 镍、金以形成焊区，焊接外接元 件。
பைடு நூலகம்
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℃的还 原气氛中烧结成一个坚固的整体。
（3） 厚膜浆料的烧结
在干燥以后，零件被放在带式炉的传送带上，与干燥 的工作曲线一样，每一种浆料的制造商都为他们的产 品设计了精确的曲线，应该向他们咨询最新的信息。
厚膜的烧结炉必须能够具备以下几点： （1）清洁的烧结炉环境； （2）一个均匀可控的温度工作曲线； （3）均匀可控的气氛。
厚膜材料
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）
第二章导电材料(1)
2.2.2 引出线
电子元件的引出线与印制电路板联接，形 成整机的功能部件。整机的可靠件在很大程度 上取决于引线的可靠性。
电子元件引出线所用的导电材料，因基材
成分、镀(涂)层种类、含杂量、厚度和生产工 艺不同，各种引出线在机械性能、电性能、热 性能、磁性能，耐蚀性和可焊性上各有不同。
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选用电子元件引出线时应考虑：
顶层：主要起导电和焊接作用 薄膜的附着性取决于膜层与基片的结合形式 薄膜混合集成电路中，应用最为广泛的薄膜导 电材料是多层结构薄膜。这是因为多层薄膜能 较好地满足对薄膜导电材料的要求。
2.2 电极和电刷材料
2.2.1 电容器电极材料
电极是电容器的重要组成部分，它在电容器中 起着形成电场，聚集电荷的作用。尽管电极的形式 随着电容器的结构不同而有变化，但作用是相同的。 因此，作为电容器的电极材料，其质量的好坏和选 用是否合理，对电容器的性质、质量、制造工艺、 重量、成本都有重要影响。应根据电极的要求来选 用适当的电极材料。 11
2.4 薄膜导电材料
在集成电路中，薄膜导体在电路内部元器件的互连 线；薄膜电阻的端头电极、薄膜电容的电极、薄膜 电感线圈、微带线、外贴元器件的焊区、外引线焊 区等起着重要作用。
对薄膜导电材料的主要要求是：导电性好、附着性好、 化学稳定性高、可焊性和耐焊接性好、成本低。 薄膜导电材料的电阻率高于同种的块状材料，这是 由于薄膜的厚度较薄所产生的表面散射效应，以及 薄膜具有较高的杂质和缺陷浓度所成的结果。连续 金属薄膜的电阻率为声子、杂质、缺陷、晶界和表 面对电子散射所产生的电阻率之和。
2.3.4 贵金属厚膜导电材料
贵金厚膜导电材料包括金、钯—金、铂— 钯—金、钯—银等，应用较为广泛的是钯—银、 金、铂—金等。
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜技术
• 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
。
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
• 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。
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•传统厚膜浆料的主要成分
技术
•厚膜导体材料
•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】
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•厚膜导体材料
集成电路芯片封装技术 第三章厚薄膜技术
2021/1/5
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 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
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•芯片互连技术对比分析
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•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
第3章 厚薄膜电路
溅射蚀刻优点
（1）膜下的材料不存在任何钻蚀问题，气体离 子以基板的法线方向撞击基板。这就意味着没有 任何离子从切线方向撞击膜，因而侧面平直，与 其相反，化学蚀刻的速率在切线方向与法线方向 是相同的。因此，造成与薄膜厚度相等的钻蚀。
（2）由于不再需要用来蚀刻薄膜的烈性化学物 质，所以对人员的危害较小，而且没有污水处理 的问题。
电阻丝蒸发与电子束蒸发（2）
电子束蒸发法具有很多的优点。通过电场 加速的电子流在进入磁场后倾向与呈弧线运动， 利用这种现象，把高能电子流直接作用在蒸发 物质上。当它们轰击到蒸发剂时，电子的动能 转变成热。因为舟的电阻并不是一个影响因素， 而控制电子能量的参数是容易测量和控制的， 所以电子束蒸发是更容易控制的。此外，热将 更集中和强烈，使得在高于10-2torr温度下蒸发 成为可能，也减轻了蒸发剂与舟之间的反应。
图 电子束蒸发装置示意图
2、溅射法—可制备各类金属、合金、化合物薄 膜。
直流溅射—制备各类金属膜
磁控溅射–-是一种淀积速度高、工作气压低的溅射 技术，提高了淀积速度及膜质量，
反应溅射—采用纯金属作为靶材，在气体中混入适 量的活性气体，获得不同的化合物薄膜。
溅射淀积薄膜
如图所示，在一个大约10Pa压力的局部真空里形 成一个导电的等离子体，用于建立等离子体所用的气 体通常是与靶材不发生反应的某种惰性气体，例如氩 气。基板和靶材置于等离子体中，基板接地，而靶材 具有很高的AC或DC负电位，高电位把等离子体中的 气体离子吸引到靶材上，具有足够动能的这些离子与 靶材碰撞，撞击出具有足够残余动能的微粒，使其运 动到达基板并黏附其上。
第3章
厚/薄膜技术
概述
厚膜技术使用丝网印、干燥与烧结三种工艺方法。 薄膜技术是一种减法技术，使用镀膜、光刻与刻蚀方法。 均用于制作电阻、电容、基板上的布线导体等。
厚膜电阻的材料
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导电材料解析金属薄膜电极电刷导电
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2.3 厚膜导电材料
➢ 厚膜导电浆料组成 有机载体： 载体由溶剂（挥发成分）、增稠剂（非挥发成分又叫凝聚剂）、流动性
控制剂、表面活性剂等组成，每种成分可以由一种或数种材料组成。 • 溶剂是比较粘稠的有机液体，能够提供极性基团，溶解纤维素之类的增
稠剂。主要起调节浆料的粘度、增大流动性。 • 增稠剂是提高浆料的粘稠性和塑性。 • 流动性控制剂主要防止在烧结初期膜层中载体受热软化和熔融时产生二
次流动。 • 表面活性剂主要用于降低载体与固体粉粒界面的表面张力，使有机载体
能充分润湿固体粉粒表面。
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➢ 工艺 丝网印刷 刮板工艺 流延工艺等
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通常，把用作制作单晶硅膜的 CVD称为外延。 化学气相沉积主要反应过程包括高温分解、光分解、还原反应，
氧化反应和氧化还原反应。 ➢ 高温分解： 通常在无氧的条件下，通过加热化合物分解（化学键
断裂）；如金属氢化物，金属的羰基化合物，和其它有机金属化 合物分解生成金属薄膜。 SiH4(g) → Si(s) + 2H2(g) (650oC) Ni(CO)4(g) → Ni(s) + 4CO(g) (180oC)
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框架 内引 脚
芯片接处电极
键合引线
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互连技术
声波震动与迫紧压力产生冷焊效应
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2.3 厚膜导电材料
➢ 厚膜导电材料的作用是作为元件之间的互连线、厚膜 电容的上下电极及外引线的焊区等。
➢ 现在常用的浆料是含贵金属的厚膜导电材料浆料，它 们在空气中烧结，所用的贵金属主要为金、银-金以 及银、铂、钯的二元或三元合金。
第3章厚膜与薄膜技术资料
2019/6/25
天津工业大学
主讲人：张建新 主楼 A415
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课程概况
第1章 集成电路芯片封装概述
第2章 封装工艺流程
第3章 厚膜与薄膜技术
第4章 焊接材料
第5章 印制电路板
第6章 元器件与电路板的接合
第7章 封胶材料与技术
第8章 陶瓷封装
第9章 塑料封装
在基板上制成导线互连结构以组合各种电路元器件， 而成为所谓的混合集成电路封装。
基板材料： 氧化铝、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铍、碳化硅、石英 等均可以作为这两种技术的陶瓷类基板材料 薄膜技术也可以使用硅与砷化镓晶圆片作基板材料
2019/6/25
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3.1 厚膜技术
厚膜混合电路的工艺简述： 用丝网印刷方法把导体浆料、电阻浆料和绝缘材料(介 质或介电材料)浆料等转移到基板上来制造的。印刷的 膜经过烘干以去除挥发性的成分，然后暴露在较高的 温度下烧结以活化粘接机构，完成膜与基板的粘接。
（1）烧结玻璃材料：使用玻璃或釉料(非晶玻璃)的膜
粘接机理：化学键合和物理键合。总的粘接结果是这两 种因素的叠加，物理键合比化学键合在承受热循环或热 储存时更易退化，通常在应力作用下首先发生断裂。
基体作用：使有效物质悬浮，并保持彼此接触，有利于 烧结并为膜的一端到另一端提供了一连串的三维连续通 路。主要的厚膜玻璃是基于B2O3-SiO2网络形成体。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。 但烧结温度较高，一般在950～1000℃下烧结， 加速了厚膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
（3）混合粘接系统：利用反应的氧化物和玻璃材料。
粘接机理：氧化物一般为ZnO或CaO，在低温下发 生反应，但是不如铜那样强烈。再加入比在玻璃料 中浓度要低些的玻璃以增加附着力。
集成电路芯片封装技术第三章 厚薄膜技术
服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。
重庆城市管理职业学院
第三章
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。
重庆城市管理职业学院
球磨设备和临界速率
第三章
重庆城市管理职业学院
厚膜浆料的参数
第三章
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）。
重庆城市管理职业学院
厚膜技术
第三章
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，Hybrid Integrated Circuit）。
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。
重庆城市管理职业学院
厚膜浆料的制备
第三章
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。
水热法制备BaTiO3薄膜材料
研究生专业课程考试答题册考试课程：无机材料现代制备方法论文题目：水热法制备BaTiO3薄膜**: ***学号：**********西北工业大学研究生院水热法制备BaTiO3薄膜一．水热法简介水热法是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的，1900年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。
目前用水热法已制备出百余种晶体。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。
是指在密封的压力容器中,以水为溶剂, 利用高温高压使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。
其中水热结晶用得最多。
水热结晶主要是溶解-再结晶机理。
首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。
利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。
水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。
用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。
影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。
薄膜材料因其优异的性能及潜在的工业应用价值使得薄膜技术在材料科学中占有重要地位，各种新的制膜方法不断得以研究和应用。
制膜方法按原理可分二类，一类是以真空蒸镀为基础的物理方法，另一类是在成膜物质表面发生化学反应的化学方法。
在化学方法中，溶胶-凝胶法倍受重视，发展很快。
但这种方法成本高，凝胶膜干燥时容易开裂。
应用新近提出的水热电化学方法制取薄膜，是化学方法制膜的发展，也可以弥补溶胶-凝胶法的不足。
薄膜技术在材料科学中占有重要地位。
目前,制膜方法已从真空蒸镀发展到离子镀、溅射镀膜、气相沉积(PVD、CVD、MOCVD、LCVD) 、分子束处延、溶胶- 凝胶(Sol - gel) 、喷雾热解等。
微电子封装中的薄膜技术
浆料
浆料应具有良好的 离版性能、适度的 粘度特性。
与厚膜相比,薄膜的特点:
1、厚膜是由金属粉末烧结而成,厚度在1微米以上,薄膜 是由原子或原子团簇一层一层堆积而成,厚度在1微
米以下;
2、互连线可以做得更精细，具有更高的集成度 3、成膜更致密，互连线电导率更高，损耗更小
4、容易刻蚀，形成图形容易
5、节约材料,降低成本 薄膜的问题: 1、要形成原子级的有序堆积，成膜设备昂贵 2、薄膜更容易被腐蚀，更容易受到机械损伤 3、与基板的附着力比用烧结法形成的厚膜差 4、成膜过程中的原子原子团簇比粉末更容易被氧化， 因此对成膜材料的抗氧化性和成膜环境要求更 5、更容易发生迁移现象。
一些主要的厚膜导体：
Ag-Pd； Ag中添加Pd，当Pd/(Pd＋Ag)>0.1左右时即产生效果。 Ag/Pd比一般控制在（2.5:1）~（4.0:1）。 Ag/Pd比与厚膜的电阻值及耐焊料浸蚀关系如下图1：
为提高Ag-Pd导体的焊接浸润性，以及导体与基板的结合 强度，需要添加Bi2O3。烧制时，部分Bi2O3溶入玻璃与Al2O3 发生化学反应，随Bi离子含量的增加，膜的结合强度增大。
③ ④
金属与半导体的集合部位不形成势垒; 对于n型半导体，金属的功函数要比半导体的功函数小; 对于p型半导体，与上述相反； 金属与半导体结合部的空间电荷层的宽度要尽量窄， 电子直接从金属与半导体间向外迁移受到限制等。
材料的种类和性质
除了半导体和料，应具有以下特性：
2. 厚膜电阻材料
到目前为止，以发表各类电阻体浆料多以PdAg、Ti2O3，添加Ta的SnO，碳黑，RuO2， MoO3等为主导电成分，经大气中燃烧成各 种各样的厚膜电阻体。目前使用最多的是 RuO2系，它的组成单纯而稳定。 伴随着高热导基板的开发，在N2中烧成用的 LaB6，SnO2系还有各类硅化物系等电阻体也 先后发表。
厚膜材料的干燥和烧结
厚膜材料的干燥和烧结一、引言厚膜材料是一类常用于制备薄膜和涂层的材料，具有广泛的应用前景。
在制备过程中，干燥和烧结是两个重要的步骤，对于材料的性能和质量有着直接的影响。
本文将介绍厚膜材料干燥和烧结的基本原理、方法以及影响因素。
二、厚膜材料干燥1. 厚膜材料干燥的目的厚膜材料在制备过程中通常会添加溶剂或其他有机物，为了获得高质量的薄膜或涂层，需要将这些添加物从材料中去除。
因此，干燥是必不可少的步骤。
2. 干燥的原理干燥的基本原理是通过加热和通风来去除材料中的溶剂或其他有机物。
加热可以提高溶剂的挥发速率，而通风可以将挥发的溶剂带走，从而实现干燥的目的。
3. 干燥的方法常见的干燥方法包括自然干燥、烘箱干燥和真空干燥等。
自然干燥是将材料暴露在室温下，通过自然蒸发使溶剂挥发。
烘箱干燥是将材料放入烘箱中，通过加热和通风的方式进行干燥。
真空干燥是将材料放入真空环境中，通过降低压力来促进溶剂的挥发。
4. 影响干燥效果的因素干燥效果受到多种因素的影响，包括温度、湿度、通风速度和材料的性质等。
温度越高，溶剂的挥发速率越快；湿度越低，溶剂的挥发速率越快；通风速度越大，溶剂的挥发速率越快；材料的性质也会影响干燥效果，例如粘度、溶解度和含水量等。
三、厚膜材料烧结1. 烧结的目的厚膜材料烧结是为了使材料颗粒之间发生结合，形成致密的薄膜或涂层。
烧结可以提高材料的力学性能、化学稳定性和耐磨性等。
2. 烧结的原理烧结的基本原理是通过加热使材料颗粒表面熔融，然后冷却固化，形成致密的结构。
在烧结过程中，颗粒之间发生扩散和相互结合，从而实现材料的致密化。
3. 烧结的方法常见的烧结方法包括热压烧结、等离子烧结和激光烧结等。
热压烧结是将材料放入高温高压的环境中，通过压力和温度的共同作用来实现烧结。
等离子烧结是通过等离子体的作用使材料表面熔融并结合，从而实现烧结。
激光烧结是利用激光束的热作用使材料表面熔融并结合。
4. 影响烧结效果的因素烧结效果受到多种因素的影响，包括温度、压力、烧结时间和材料的性质等。
集成电路芯片封装技术第三章 厚薄膜技术(二)
第三章
厚膜介质材料
厚膜介质材料是以多层结构形式用作导体层间的绝缘体， 可在介质层上留有开口区或通孔以便相邻导体层互连。 厚膜介质材料通常是结晶或可再结晶的，介质材料在较低 温度下熔化后和玻璃相物质混合形成熔点比烧结温度更高的 均匀组分，在随后烧结过程中保持固态，提供稳定的基础。
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第三章
初始电阻性能—电阻温度系数 初始电阻性能 电阻温度系数TCR 电阻温度系数
材料电阻随温度变化的特性称为电阻温度系数 电阻温度系数，温度电阻温度系数 电阻之间的变化关系通常是非线性关系。
dR(T ) TCR (T ) = dT
∆R TCR = ∆T
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第三章
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第三章
初始电阻性能—电阻电压系数 初始电阻性能 电阻电压系数VCR 电阻电压系数
电阻电压系数表征电阻对高电压的敏感性，电阻 漂移-电压梯度之间也是非线性关系。
R (V2 ) − R (V1 ) VCR = ×106 (×10−6 / V ) R (V1 ) (V2 − V1 )
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第三章
厚膜电阻工艺控制
为了控制厚膜电阻电性能，厚膜电阻的印刷和烧 结工艺很关键，烧结过程中某一温度下停留时间的 烧结过程中某一温度下停留时间的 微小改变或烧结气氛参数控制不良均会对电阻阻值 造成显著影响。 造成显著影响 厚膜电阻的制作对烧结气氛要求很高，空气烧结 的电阻系统要具有很强的氧化气氛，以防止还原性 气氛里将金属氧化物还原为金属。高阻值电阻比低 阻值电阻对气氛要求更加敏感。
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第三章
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
厚膜生产工艺
厚膜生产工艺
厚膜生产工艺是将聚合物树脂通过加工和成型工艺制成一定厚度的薄膜产品。
以下将介绍厚膜生产的工艺流程。
首先，原材料选择。
厚膜生产通常选择高分子聚合物树脂作为原材料，常见的有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。
根据产品要求选择相应的树脂材料。
其次，树脂加工。
将选定的树脂材料进行物理或化学处理，如熔融、混合、添加剂、改性等，以改善树脂的性能和加工性能。
然后，挤出成型。
根据产品要求，将加工好的树脂通过挤出机加热至熔融状态，利用螺杆旋转的推进力将熔融树脂挤出挤出口，形成连续的薄膜。
接着，拉伸和定向。
将挤出的薄膜经过冷却，然后通过辊筒或拉伸机进行拉伸和定向处理。
拉伸和定向可以提高薄膜的强度和透明度，并使薄膜具有一定的方向性。
再者，冷却和固化。
经过拉伸和定向处理的薄膜通过冷却装置进行快速冷却，使薄膜表面迅速固化。
冷却速度和温度的控制对薄膜性能有重要影响。
最后，裁切和包装。
经过固化的薄膜经过裁切机进行裁切，根据产品要求切割成不同尺寸的薄膜片，并进行包装和成品检测。
包装通常采用卷筒包装或袋状包装等形式。
此外，厚膜生产过程中还需要合理控制挤出机温度、挤出速度和拉伸温度等工艺参数，以保证产品质量和性能。
以上就是厚膜生产的主要工艺流程，其中每个环节都需要精确的控制和操作，以确保生产出符合要求的高品质厚膜产品。
厚膜电阻浆料主要原料
厚膜电阻浆料主要原料
厚膜电阻浆料是制造厚膜电阻的关键材料，其主要原料包括：
1. 导电相：通常使用金属粉末或金属氧化物作为导电相，如银粉、铜粉、镍粉、氧化锡等。
这些导电相的选择取决于电阻的阻值范围和所需的性能。
2. 粘结相：用于将导电相固定在基板上，并提供电阻膜的机械强度。
常见的粘结相材料包括玻璃、陶瓷、有机树脂等。
3. 添加剂：为了改善厚膜电阻浆料的性能，可能会添加一些添加剂，如分散剂、流平剂、稳定剂等。
这些添加剂可以帮助提高浆料的流动性、均匀性和稳定性。
4. 基板：厚膜电阻浆料通常涂覆在基板上形成电阻膜。
常见的基板材料包括氧化铝、氮化铝、玻璃等。
5. 溶剂：用于将其他原料溶解并形成浆料的液体。
常见的溶剂包括有机溶剂（如甲苯、二甲苯）和水。
厚膜电阻浆料的配方和原料选择会根据具体的应用需求和制造工艺进行调整。
不同的电阻值、温度特性、稳定性要求等因素会影响原料的选择和配比。
因此，在实际应用中，厚膜电阻浆料的配方通常是根据特定的技术要求和性能指标进行优化和定制的。
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厚膜材料分类
以电性能为基础来分类，厚膜浆料有三种类 型：导体、电阻和介质。介质浆料根据其介 电常数的大小又可分为两类：绝缘型电容型
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厚膜浆料成分
所有浆料不管它们的电功能如何，都包含四 种成分：功能材料、溶剂（或稀释液）、暂 时性结合剂和永久性结合剂
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厚膜浆料成分
复习
薄膜材料 导体、电阻、介质
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一、导体材料
1. 铝膜 铝膜优点： （1）电导率高； （2）与各种类型的硅等半导体形成欧姆型接触； （3）附着性能好； （4）易于蒸发和光刻； （5）与金丝和铝丝的可焊性好，适合于热压和超 声焊。
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1. 铝膜
铝膜缺点 （1）抗电迁移能力弱； （2）表面的平整度较差，容易影响电路可靠性； （3）铝膜柔软，易引起划痕，影响电路可靠性； （4）与金形成金属间化合物，从而影响电路的可 靠性； （5）铝膜表面有极薄的氧化层，使它不易锡焊。
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4. Pt-Au厚膜导体材料
Pt-Au导体的烧成温度范围为690～1400℃， 方块电阻为16～120毫欧/□，这种导电带可 以锡焊，也可以热压焊。 Pt-Au导体的附着力较差，如加入少量Pd， 称为Pt-Pd-Au导体，则附着了能得到一定改 善。
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5. Au厚膜导体材料
随着混合集成电路多层布线技术的发展，Au 无玻璃导体被广泛用作内层布线导体。所谓 无玻璃导体，是指导体浆料中固态粘结相中 的玻璃成分全部用金属氧化物代替。在烧结 时，氧化物与基片中的氧化铝发生化学反应， 生成具有尖晶石结构的铝酸盐化合物，把导 电颗粒粘结在基片上。
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3.3 介质浆料
3. 厚膜介质的主要特性：电性能（绝缘电 阻、介电常数损耗因数、击穿电压）、膜的 完整性(没有针孔和气孔)和通孔分辨率。
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介质材料特性
（1） 绝缘电阻：采用介质的绝缘电阻很高 大于1010 ，即使在高湿度条件下也是很高 的。 （2）介电常数：介质浆料的介电常数范围为 6～14，典型值为9～14。这样的值适合用于 多数厚膜电路。对于频率和速度很高的电路 （GHz），希望有2～４的低介电常数。这是 必须使用石英、聚酰亚胺、酞福龙或其他低 介电常数材料。
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3.3 介质浆料
1. 厚膜介质用做多层电路中导体间的电绝 缘、交叉电路的导体绝缘及电阻和导体的保 护覆盖。一般说来，介质浆料由氧化铝或其 他陶瓷粉末、晶化玻璃（一种烧成后转化成 晶化结构，但重烧时不会再流动的玻璃）、 触变性有机结合剂和有机溶剂的混合物构成。
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3.3 介质浆料
2. 大多数介质浆料的烧成温度范围在850～ 950℃,与电阻浆料导体浆料的烧成温度相兼 容。
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介质材料特性
（3）介质的击穿电压：厚膜介质的击穿电压 很高（大于500V/mil），对大多数应用1.5～ 2 mil厚的介质是足够的。对电压很高的电路， 可用3～4 mil的介质层。 （4）针孔/多孔性：可以通过试验评论和比 较针孔和多孔性。
பைடு நூலகம்
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小结
导体材料：贵金属、非贵金属 电阻材料：钌的氧化物 介质材料：氧化铝或其他陶瓷粉末
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二、 薄膜电阻材料
1．镍铬和氮化钽电阻材料提供类似电性能： 25~300 /□、低的TCR(0±50)ppm/℃。 2．金属陶瓷电阻材料具有很大电阻率: 1000 ~几k /□。
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薄膜导体/电阻网络淀积光刻的工艺流程
光基片 淀积电阻膜（NiCr） 淀积导体层（Au） 腐蚀导体层和金属阻挡层 光刻 电阻器 导体层 电阻膜 腐蚀电阻层 淀积金属阻挡层 光刻 去掉光刻胶 去掉光刻胶 金导线 光刻 光刻 金属阻挡层 基片
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3.2 厚膜电阻材料
3.2.1概述 厚膜电阻器是由电阻浆料经印刷、烘干、烧 成、微调等工序制成。烧成后的厚膜电阻材 料的主要成分是导电相和粘结相。导电相起 着电流通路的作用，而粘结相则把导电相粘 结于基片之上。
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3.2 厚膜电阻材料
3.2.1概述 厚膜电阻器是由电阻浆料经印刷、烘干、烧成、 微调等工序制成。烧成后的厚膜电阻材料的主要 成分是导电相和粘结相。导电相起着电流通路的 作用，而粘结相则把导电相粘结于基片之上。 厚膜电阻器的浆料的方块电阻的可以低到1欧/□ 和高109欧/□
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2. Pt-Ag厚膜导体材料
浆料中Pt的含量甚小（约1.8～4%），其成 本比Pd-Ag、Pd-Au、Pt-Au都要低，但它的 比Pd-Ag和Au要好。
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3. Pd-Au厚膜导体材料
Pd-Au导体的烧成温度范围为750～1000℃， 方块电阻为6～120毫欧/□，与氧化铝、氧化 铍基片有良好的附着性。Pd-Au可与电阻浆 料同时烧成，与电阻、电容的相容性很好， 还可用于焊接半导体芯片，可用于锡-铅焊料， 也可热压焊。其最主要优点是没有电迁移问 题。但其成本要比Pd-Ag高好多倍。
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3.1.2贵金属（noble metal）厚膜导体 材料
主要是银（Ag）、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt) 等贵金属或它们的合金。 对于银或金的合金型浆料，配方中铂或钯的 含量对电阻率有很大的影响，铂或钯的含量 越高，面电阻率也越高。
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1.Pd-Ag厚膜导体材料
Pd-Ag厚膜导体材料的成本较其他贵金属导 体要低，应用广泛。烧成温度范围为700～ 1000℃，方块电阻为10～50毫欧/□，Pd-Ag 导电带与Sn-Pb、Sn-Ag、In-Pb-Ag等焊料有 很好的焊接特性，还可以热压焊
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3.2 厚膜电阻材料
早期的厚膜电阻器是基于银、氧化银、钯和氧化钯 与相应结合剂和溶剂组合而成。由于氧化钯很容易 还原成自由的钯。所以，这些早期的配方是非常不 稳定的。金属与湿气的化学反应所产生的很小一点 氢就足以还原氧化钯，使阻值下降。今天，基于更 稳定的钌的氧化物制作的高稳定电阻器，实质上已 代替了钯-银配方。在这些组分中使用了二氧化钌 （RuO2）、钌酸钡（BaRuO3）、钌酸铋 （BiRu2O7）这些氧化物。
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三、薄膜介质材料
1. 薄膜介质材料在混合集成电路中除了用作 薄膜电容器的介质之外，还广泛用作保护层 和隔离层。
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对介质的要求
在不同的场合，对介质膜的要求是很不相 同的，例如：作为薄膜电容器的介质膜，一 般要求介电常数大；作为隔离层的介质膜， 则要求绝缘电阻大，为了减小分布电容，要 求介电常数愈小愈好；作为保护层的介质膜， 则要求绝缘电阻大，致密性好，不吸潮等。
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3.1.3贱金属（非贵金属non noble metal） 厚膜导体材料
主要是铜（Cu）、镍（Ni）、铝（Al）。 1. Cu厚膜导体材料 价格便宜，但需在氮气保护下进行烧结，工 艺难于控制。 2. Ni导体厚膜材料 焊接比较困难 3. Al导体厚膜材料
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3.1.4 导电胶
导电胶是以金属粉、树脂（环氧树脂、硅树 脂）和少量添加剂制成的导电浆料，称为导 电胶。
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第三章 厚膜材料
主要教学知识或能力要求 熟悉厚膜导体材料、厚膜电阻材料和厚膜介 质材料的特性
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厚膜电路基本概念
厚膜电路是用丝网印刷工艺生产的，其关键 工艺有三步：丝网印刷、干燥、烧成。丝网 印刷的基本概念是将粘性的浆料在漏印丝网 上用力推动，使其通过丝网孔将图形淀积到 基片上。厚膜电路制造中使用的厚膜浆料 （paste），可用于制作电路的导体、电阻和 介质图形。
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2. 金膜
金膜优点 （1）电导率高； （2）化学性质稳定； （3）抗电迁移能力较铝强， （4）机械性能好，易光刻，成膜方法多； （5）适合于焊锡、热压和超声焊。
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2. 金膜
金膜的缺点 附着性差，当金膜用作导电带时，一般都要 先“打底”，然后再淀积金，形成金基复合 膜。 主要的金基复合膜有以下几种： （1）铬—金膜 （2） 镍铬—金膜
1. 功能材料：是一种赋予浆料导电的、电阻 的或介质的性能的成分。
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厚膜浆料成分
2．溶剂或稀释剂：各种沸点的有机液体用做 溶剂、分散固体成分和调节粘度，有助于研 磨和丝网印刷。这些成分在干燥和初始烧结 阶段被去除。
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厚膜浆料成分
3. 暂时的结合剂：结合剂是中等分子量的有 机聚合物或有机物，当印刷和烧成时保持与 其他成分结合在一起，它为浆料提供流动性。 这些成分在烧成初始阶段通过氧化、分解被 去除。
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厚膜浆料成分
4．永久性的结合剂：永久性的结合剂，起熔 接功能材料颗粒，并把它们结合到基片上的 作用。在溶剂和暂时性的结合剂被去掉以后， 它与功能材料一起留在基片上，变成最终烧 成膜的一部分。
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3.1厚膜导体材料
3.1.1概述 1. 厚膜导体的主要作用：互连线、电容器电极、电 阻器端头材料、低阻值电阻器（<10 ）。 2．厚膜导体材料的要求：阻值低（<0.05 /□）、 结构致密、有良好的附着性、焊接性能好、具有抗 电迁移能力、与其它元器件相容性好、原料来源丰 富、成本低。 3． 根据获得厚膜导体的不同工艺，厚膜导体可以 分为良大类：高温烧结导体材料、导电胶。 与薄膜导体一样，在混合集成电路中，烧结后的厚 膜导体，又称导电带。