6厚膜工艺amp;电阻器的调整

§5.1 激光调阻
微机 双软盘单元
CRI终端 激光
控制和测量电子部件
操作控制
打印机 TV摄像机
光束定位器 显微镜
部件操作台
激光微调过程是 全自动化的
激光束和X-Y工 作台由微计算 机控制
图5-3 激光微调机示意图
§5.1 激光调阻
激光调阻机
§5.1 激光调阻
如 图 5-4 ， 标 准 激 光 微 调 操 作 如 下：
厚膜铜导体的典型烧成曲线
※ 4.4.2 铜厚膜导体的性能
铜导体在150℃下储存1000h的电阻率
铜导体在40℃和相对湿度90%下储 存1000h的电阻率
多次温循对附着力的作用
在150下老化1000h铜导体的附着力
※ 4.4.2 铜厚膜导体的性能
★铜厚膜浆料的问题
★铜是易发生化学反应的。若被氯化物或其他无机盐类沾污，很 容易被腐蚀，因此，铜导体要求特殊的清洗、操作或储存在氮气 中。若用铜导体的电路没有气密封装，则应当用有机材料对其进 行保形涂覆以便保护。 ★铜也有金属迁移发生，可以采用高纯度的硅酮作为保形涂覆层， 提供防止潮气凝聚在有源器件和电路元件上。 ★铜浆料必须在氮气中烧成，需要采用在氮气中烧成的介质浆料 和电阻浆料。
§5.1 激光调阻
★ 激光系统基于一种掺钕的钇铝石榴石（YAG）晶体 ★ YAG激光系统优点：
较短的红外波长（1.6um），以较小、较窄的切口而对周围 电阻材料及底面的介质产生最小的损伤，优于CO2激光系统
激光切割剖面：
激光束通过一系列的透镜和 反射镜整形聚焦直到最终撞 击电阻材料，于是材料吸收 能量被加热。多数材料被气 化后，一些被熔化后再凝固， 而其余的作为颗粒被弹出， 如图5-1所示
4.4 非贵金属厚膜 4.5 聚合物厚膜
§4.5 聚合物厚膜
聚合物厚膜（PTF）：像金属陶瓷厚膜浆料一样，是一种能形成
导体、电阻和介质的电路功能的可印浆料。与金属陶瓷厚膜浆料不同， PTF包含聚合物的树脂，在工艺加工完成以后，成为最后厚膜组分的集 成部分。
PTF的主要优点包括： ➢能在相当低的温度（即固化 树脂要求的温度）120-165℃下 加工。 ➢材料和工艺成本低，在诸如 柔性膜片开关、触摸键盘、汽 车部件和远距离通信类商用产 品中得到了广泛的应用。
为什么用非贵金属厚膜导体？
成本优势（主要优势）；
更高的电导率（Cu）；
对氧化铝基片改进了附着力（Cu） ；
更好的焊锡湿润性和抗焊锡熔蚀能力（Cu） 。
• 非贵金属厚膜浆料
–铜
用无引线载片锡焊到厚 铜膜导体焊盘上的大面
积陶瓷印刷电路板
–镍
–铝
• 铜厚膜导体已广泛应用在制造大面积的陶瓷印刷电路板上 ，可将很多元件和无引线的载片器件焊接在它的上面。
• 焊接性能 • 抗焊能力
• 电阻浆料
– 高温共烧陶瓷（HTCC） – 低温共烧陶瓷（LTCC）
• 4.2 直接描入
– 细线厚膜工艺
• 介质浆料
• 绝缘型 • 电容型
有玻璃料的 无玻璃料的 混合结合型
※ 4.3.5 厚膜电容器
电容器结构：上下电极和夹心介 质构成，实质上是以平行板电容 器。在需要高值电容的地方，可 以重复该工艺顺序做成多层结构。 电容器介质浆料：由具有高的介 电常数（几千到一万）的铁电材 料组成。钛酸盐被广泛地用做电 容器介质浆料中的填料。
※ 4.3.5 厚膜电容器
典型的介质浆料是由钛酸钡与
常用的有机结合剂，溶剂和玻璃
料混合而成的。钛酸钡的介电常
数在室温时约1600，但在居里温
度120℃时突然增加到6000如图所
示。改变浆料的微结构和化学组
分，能得到不同的居里温度和介
电常数。
钛酸钡陶瓷的介电常数与温度的函数
使用多次的丝网印刷、干燥和烧成步骤制造电容时，必须权衡一
1.探针探测电阻器
2. 数 字 电 压 表 测 量 电 阻 器 的 阻值
3. 激 光 被 定 位 在 调 整 的 开 始 点 （这点被编程到计算机中）
4.发激光脉冲
5.电压表再次读取数
6.计算机将该读数与所要求的读 数比较，若在公差范围之内则关 闭激光器，否则再发出激光脉冲
读出值
公差范 到下一 电阻器 围内
直线切割：速度快，调整对通过电阻的电流引起的扰动最大，
并且在微调切口的顶点处形成一过热点。（典型用于一方或 小于一方的电阻和帽形电阻的微调）
双线切割（阴影切割）：允许一次粗调后接着在第一次切割 的阴影内进行微调；激光损伤小于L形切割；比直线切割引 起更大的热点。
切
L形切割：比直线切割提供更高的精度；角形切割和J形切割
下，是自制高容量的厚膜器还是直接购买片电容再组装在电路上
更合算。与印烧厚膜电容器比较，片电容具有公差小，对温度变
化更稳定，占基片面积小和成本低等优点。
第四章 厚膜工艺
4.1 制造工艺 4.2 直接描入 4.3 各种浆料
4.3.5 厚膜电容器
4.4 非贵金属厚膜 4.5 聚合物厚膜
§4.4 非贵金属厚膜
工艺特征：
➢聚合物导体一般在空气中固化。250℃以上温度长时间固化会使聚合 物分解，需要氮气环境。PTF导体浆料一般通过200~250目丝网印刷， 实现的线宽和间隔约7~10mil，固化厚度为25~30mil。
※4.5.2 PTF电阻器 & 介质
✓聚合物厚膜电阻：功能材料用电阻性材料代替金属材料 外，类似于导体的配方。电阻填料包括碳或石墨。 ✓电阻器的阻值可以通过控制颗粒尺寸和填料的浓度、所 用聚合物结合剂的类型和固化时间表来改变和控制。 ✓面电阻率范围为10-1000M的电阻器浆料有商品可用；然 而，使用低面电阻率浆料的电阻器的稳定性要好得多。
与要求 值比较
高 废弃
低 激光 脉冲
图5-4 标准激光微调系统流程图
对宽公差电阻器可短到0.002s 对窄公差电阻器可长达2s
§5.1 激光调阻
缩短微调加工步骤：
1.探针探测电阻器
2.数字电压表读出电阻器的阻值
3.比较器比较要求值与测量值
4.以前存于计算机中的调整长度与 可增加百分数的关系的信息
5.在第4步基础上，计算机算出调 到与所希望阻值相差的百分之 几范围以内的电阻器调整长度
熔化并再凝固
蒸发的电阻材料
基片
图5-1 激光切割剖面示意图
§5.1 激光调阻
★ 激光切口：由一系列的重叠光斑产生，如图5-2所示。 ★ 典型光斑尺寸：直径0.001in
吃进尺寸
刀口 宽度
时间
激光 脉冲
对于一固定孔的尺寸，基吃进尺寸太大，结果刀口粗糙不平
粗糙刀口
吃进尺寸
激光 脉冲
图5-2 激光调阻切口俯视图
精确测量需满足标准： • 电阻器必须精确地放好探针 • 必须用精确的方法测量
常用探针卡
桨叶型卡
环氧唤醒卡
电阻微调探针卡的类型
探针卡典型尺寸：4in×5in，包含30~40根探针
C-2200圆形卡和 插入适配器件
※5.3.2 两探针
➢ 优点： • 传统而且最简单的测量电阻值的方法，仅包含两根探针放在待测
※ 4.4.1 铜厚膜工艺
主要流程：用325目丝网印刷浆料，然后在120℃下干燥10min。干燥 可以在空气中进行，但为避免氧化，温度不能超过120℃。干燥以后， 虽然在850-950℃之间的温度已成功使用，但铜厚膜最好在峰值温度 900℃，保温6-10min的条件下烧成。
工艺特点： 铜厚膜浆料在高温烧成必须在 惰（氮）性气体中进行。 为了氧化并去掉浆料中的有机 结合剂，必须有一定含量的氧气。 不同烧结区域氧气浓度不同。
➢ 氮气烧成电阻器的工艺
➢ 主要流程：用325目不锈钢丝网印刷在预烧的铜端头上，在120℃空气 中干燥，然后在相同的惰性气氛炉中用与烧铜相同的烧成曲线烧成。
➢ 先制作空气烧成的电阻，再印刷铜导体浆料，600℃氮气中烧成。
第四章 厚膜工艺
4.1 制造工艺 4.2 直接描入 4.3 各种浆料
4.3.5 厚膜电容器
电阻器的调整：印烧厚膜电阻有±20%的公差， 淀积的薄膜电阻器有±10%的公差，可以通过有 选择性和有控制性地去掉部分电阻材料，获得预 定阻值。
类型
– 向上调整（预先设计值小于标称值） – 向下调整（短路焊盘实现跳线） – 静态调整（调整时不加电） – 动态调整（调整时加电）
薄膜电阻可调整到标称值的±0.01%，厚膜电阻 可调整到标称值的±0.1%。
※4.5.1 PTF导体
聚合物导体的主要成分：聚合物材料、功能材料和溶剂。
聚合物材料是一种能够在低温固化的材料。固化的聚合物提供膜的 完整性，且将膜粘结到基片上。 功能材料一般是兼备高电导率、好的可焊性和低成本的金属。各方 面都兼顾的最好的是银。 溶剂有高的沸点温度，它的功能是溶解树脂和控制浆料的液流特性， 使它能很容易地印刷，当固化时溶剂挥发。
激光微调术语： ● 吃进尺寸——受每个激光脉冲 攻击材料的数量 ● 刀口宽度——切割的外宽 ● Q速率——每秒发出激光脉冲 的数量
● 工作台的速度、光束的速度、 切割的速度——每秒去掉材料 的速率 ● 孔的尺寸、光斑的尺寸——去 掉材料的直径（孔的直径与光 斑的尺寸有关，但不相等。它 随切掉的材料和激光脉冲的功 率变化而变化）
聚合物厚膜介质可以作为多层电路的绝缘层或作为电阻和 导体的包封。丝网印刷时可印出的通孔直径为15-20mil。对 于介质浆料，工艺步骤和条件非常类似于导体和电阻器。
※第五章 电阻器的调整
5.1 激光调阻 5.2 喷砂调阻 5.3 电阻器的探针测量技术 5.4 电阻微调的类型 5.5 特殊要求
概述
6.计算机定位激光器并指导它微调 第5步中计算出的长度
7.进行另一次测量并重复第3步到7 步骤
读出值
与要求 值比较
在公差范围内
停止
计算微 调长度
微调到 计算长度
如图5-5 快速微调流程图
微调时间是限制产出量的因素
§5.1 激光调阻
4210型自动激光调阻系统
商业用 激光系统
激光微调工作台，960型
激光微调工作台，W429 型
电阻上测量 • 适合大多数电阻器测量 ➢ 缺点： • 误差会被探针电阻、探针接触电阻和端头导体电阻引入
（电阻误差可高达0.2 ，不适合低值电阻或高精度电阻） • 误差会因探针接触压力或清洁度的变化而发生变化
R探针1
R端头
R端头
R探针2
R接触1
R电阻
R接触2
两探针系统
※5.3.3 四探针
➢ 优点： • 适用于低值电阻或高精度电阻微调 • 误差项仅仅是焊盘的电阻，小于0.01 ➢ 缺点： • 使用两倍数量的探针，限制了每块探针卡能调整的电阻数 • 混合电路设计时，必须为额外探针留有足够空间
R探针1 R接触1
R端头
R端头
R电阻
四探针系统
R接触2
R探针2
※5.3.3 四探针
四探针测试仪
§5.4 电阻微调的类型
直线切割
双线切割
帽顶直线切割
L形切割
角形切割
J形切割
扫描切割
箱形切割
电阻微调激光切割的类型
蛇形切割
其中最常用类型：直线切割、L形切割、扫描切割、蛇形切割
§5.4 电阻微调的类型
§4.4 非贵金属厚膜
氮气烧成介质的工艺
主要流程：氮气烧成的介质浆料也是通过网孔比印导体更粗的丝网印 刷.一般印介质的不锈钢丝网是200目，印导体用丝网是325-400目；介质 浆料的干燥烧成时间及及设备与铜浆工艺相同，炉子的烧成温度曲线可 与烧结铜导体的相同或类似。 注意；氮气烧成介质是多孔的！为了避免可能穿透整个介质层厚度的 针孔，通常印刷几层介质，在每次印刷后都进行干燥和烧成。这样能降 低针孔的出现概率。
喷砂调阻机
§5.2 喷砂调阻
调阻工艺比较
优点
高速度 允许数据记录
自动化 清洁
提供自退火电阻器
容易装备 投资小
电阻稳定 高值电阻噪声低
缺点
激光调阻
在调阻区的强热能引起微型裂纹 在高值电阻（超过5M ）中能引起噪声
大的资本投资 要求软件开发
喷砂调阻 工艺慢 工艺脏
产生大的切口
§5.3 电阻器的探针测量技术
第四章 厚膜工艺
4.1 制造工艺 4.2 直接描入 4.3 各种浆料
4.3.5 厚膜电容器
4.4 非贵金属厚膜 4.5 聚合物厚膜
第四章 厚膜工艺
• 4.1 制造工艺
– 单步工艺
• 丝网印刷
• 4.3 各种浆料
• 成分 • 导体浆料
• 干燥
• 附着力
• 烧结
• 金属迁移
– 多层厚膜工艺
• 逐层印刷烧结 • 多层共烧陶瓷带
Teradyne W429型激光机光学系统Байду номын сангаас
§5.2 喷砂调阻
定义：细粒的砂在高压下通过小的喷嘴，砂子摩擦 并移去不需要的电阻材料直到达到所需要的阻值
➢优点： 可产生较稳定的电阻器 材料中没有应力或机械微裂产生 ➢缺点： 慢于激光调阻 产生电阻碎屑会成为混合电路里潜在的玷污源 ➢喷砂微调增加阻值方法： 去掉材料形成切口（同激光调阻） 减少电阻器膜的厚度