厚膜与薄膜技术

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汽车点火器用厚膜电路
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导体浆料
厚膜浆料通常都有的两个共性：
绝缘材料浆料
适于丝网印制的具有非 牛顿流变能力的粘性流体；
由两种不同的多组分相组成： 一个是功能相，提供最终 膜的电学和力学性能； 另一个是载体相，提供合 适的流变能力。
电阻浆料
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厚膜多层制作步骤
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
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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。
半导体集成电路封装技术
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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
Hale Waihona Puke Baidu 第9章 塑料封装
第10章 气密性封装
第11章 封装可靠性工程
第12章 封装过程中的缺陷分析
第13章 先进封装技术
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简介
技术特征： 厚膜（Thick Film）技术：网印、干燥与烧结等方法 薄膜（Thin Film）技术：镀膜、光刻与刻蚀等方法
用途： 制作电阻、电容、电感等集成电路中的无源器件。
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。
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3.1.4 溶剂或稀释剂 性能要求： 能够均匀溶解难挥发的有机粘贴剂和添加剂
在室温下有较低的蒸气压以避免浆料干燥，维持印 刷过程中的恒定粘度
在大约100℃以上能迅速蒸发。
典型材料：萜品醇、丁醇和某些络合的乙醇
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添加剂：在溶剂中加入能够改变浆料触变性能的增塑 剂、表面活性剂和某些试剂，以改善浆料的有益特性 和印刷性能。
特点：结合了前两种技术的优点，并可在较低的温 度下烧结。
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3.1.3 有机粘贴剂 有机粘接剂通常是一种触变的流体，不具备挥发能力
空气气氛中的烧结：粘接剂在烧结过程中必须完全氧 化（约350℃开始烧尽），而不能有任何污染膜的残 留碳存在。典型材料是乙基纤维素和各种丙稀酸树脂
惰性气氛中的烧结：烧结的气氛只含有百万分之几的 氧，有机粘贴剂必须发生分解和热解聚，产生具有高 度挥发性的小分子有机物，再以蒸汽形式被惰性气体 带离系统。主要用于制备易受氧化危害的导体膜层的 制备，如Cu、Mo膜。
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。
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3.1.5 厚膜浆料的制备 制备的总体要求：要以合适的比例将厚膜浆料的各种成分 混合在一起，然后在三锟轧机中轧制足够的时间以确保它 们彻底地混合，而没有任何结块存在。 制备的主要步骤：粉体原料加工、浆料配制、浆料轧制 粉体原料加工 金粉体：通过从化学溶剂中沉淀出来 玻璃粉体：通过熔融的玻璃淬火，然后球磨得到 球磨机可减小玻璃料和其它脆性材料的颗粒尺寸 一般装载量为整个容积的50％,其余为球磨介质 球磨机以大约60％的临界速率旋转
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厚膜浆料的基本分类：
聚合物厚膜
包含导体、电阻或
绝缘颗粒的聚合物
材料的混合物，在
85～300℃温度区
间固化。较常用在
有机基板材料上。
难熔材料厚膜
是一种特殊的金属陶瓷厚膜材料，在1500～1600℃还原气氛下 烧结，是唯一能适合高温共烧陶瓷互连基板的基本金属化材料
金属陶瓷厚膜（本章主要讲解）
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临界速率 57.8 (r/min)
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浆料配制
一般综合考虑颗粒的比表面积、混合比例和纯度
大的表面与体积比可以提供大的表面自由能，以促进烧 结反应（熔化时有较高的放热反应）和降低烧结温度
溶剂或稀释剂：决定运载剂的粘度。
3.1.1 有效物质
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质量要求：有效物质通常制成粉末形状，其颗粒结构
形状和颗粒的形貌对达到所需要的电性能是非常关键
的，必须严格控制颗粒的形状、尺寸和粒径分布以及
保证烧结膜性能的一致性。
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3.1.2 粘贴成分
主要有两类物质：玻璃和金属氧化物，它们可以单独使用 或者一起使用。
微晶玻璃（玻璃陶瓷）与金属的混合物，通常在850～1000℃ 烧结。是目前陶瓷类基板上最常用的基本厚膜材料
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金属陶瓷厚膜浆料的四种主要成分及作用：
有效物质：决定烧结膜的电性能而确立膜的功能；
粘接成分：提供与基板的粘接以及使有效物质颗粒保 持悬浮状态的基体；
运载剂
有机粘接剂：使有效物质和粘贴成分保持悬浮态直到 膜烧成，并提供丝网印制的合适流动性能；
（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。
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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。
原料形式：预反应颗粒形式、玻璃形成体形式
特点：具有较低的熔点（500～600℃），但在制作导 体厚膜时，导体材料在其表面上呈玻璃相，使得后续元 器件组装工艺更为困难。
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（2）金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板表面与氧原子反应形成氧 化物，金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一 起。属于氧化物键合或分子键合。