集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜技术
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• 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。
•传统厚膜浆料的主要成分
•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
•球磨设备和临界速率
•厚膜浆料的参数
•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）。
•为适应丝网印刷，浆料需具有下述特性： •【流体比须具有一个屈服点】—印刷后静止不流动，流动 最小压力远大于重力 •【流体应具有某种触变性】—剪切速率影响流体流动性 •【流体应具有某种程度滞后作用】—粘度随压力降低而增
•厚膜技术
• 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）。 • 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。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂
• 自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷 ，需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥 发，在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜 品醇、丁醇和某些络合的乙醇；
• 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。
•厚膜浆料的制备
集成电路芯片封装技术 第三章厚薄膜技术
2020/8/9
•前课ห้องสมุดไป่ตู้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
•芯片互连技术对比分析
•主要内容
➢ 厚膜技术简介
➢ 厚膜导体材料
•膜技术简介
厚膜（Thick Film）技术和薄膜技术（Thin Film）是电 子封装中的重要工艺技术，统称为膜技术。可用以制作电 阻、电容或电感等无源器件，也可以在基板上制成布线导 体和各类介质膜层以连接各种电路元器件，从而完成混合 （Hybrid）集成电路电子封装。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
• 粘接成分：主要有两类物质用于厚膜与基板的粘接： 玻璃材料和金属氧化物，可以单独使用或者一起使用。
•玻璃材料粘接机理： •【与基板中的玻璃发生化学反应】和【玻璃态物质熔融 流入基板不规则表面】 • 玻璃粘结的不足？ • 物理过程因存在热循环和热储存而退化 • 烧结玻璃材料表面存在玻璃相，影响后续组装工艺。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
•金属氧化物粘接机理： • 金属Cu和Cd（镉）与浆料混合，发生基板表面氧化反 应生成氧化物，金属与氧化物粘结并通过烧结结合在一起 。 • 金属氧化物粘结的优缺点？ •玻璃-氧化物粘接机理： • 氧化物一般为氧化锌或氧化钙，低温下可发生反应， 克服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。
•厚膜电路特点及应用
• 较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优 势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。 • 由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不包 括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动系 统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普通 PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体 现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率 的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、 通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。
•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。
• 有机粘结剂不挥发，但在高温下趋于烧尽，粘结剂 在烧结过程中必须被完全氧化，不能存在有影响膜的 残余物质（C）存在。 • 氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有效物质
• 浆料中的有效物质决定烧结膜的电性能，如果是金属则 烧结膜是导体，如果是金属氧化物则是一种电阻；如果有 效物质是一种绝缘材料，则烧结后的膜是一种介电体，有 效物质一般以粉末形式出现，颗粒尺寸为1-10um，平均粒 径约5um。
• 通常情况下介电体是绝缘体，在外加一定强度电场的情 况下，会导致电击穿成为导电材料，常用于制作电容器。
•厚膜浆料
•所有厚膜浆料通常有两个共性： • 一、适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的黏性流体； • 二、有两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供 最终膜的电和力学性能，另一个是载体相（粘合剂），提供 合适的流变能力。
•牛顿流体和非牛顿流体
•牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系，即在
受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘
• 厚膜浆料可分为聚合物厚膜、难熔材料厚膜和金属陶 瓷厚膜；其中，难熔材料厚膜是特殊一类金属陶瓷厚膜， 需要在较之传统金属陶瓷材料更高的温度下进行烧结。
• 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。
性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。
• 牛顿内摩擦定律表达式：τ=μγ
• 式中：τ--所加剪切应力；
•
γ--剪切速率（流速梯度）；
•
μ--度量液体粘滞性大小的物理量—黏度，其物
理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
• 服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
•厚膜多层制作步骤
•厚膜浆料
• 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。
•传统厚膜浆料的主要成分
•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
•球磨设备和临界速率
•厚膜浆料的参数
•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）。
•为适应丝网印刷，浆料需具有下述特性： •【流体比须具有一个屈服点】—印刷后静止不流动，流动 最小压力远大于重力 •【流体应具有某种触变性】—剪切速率影响流体流动性 •【流体应具有某种程度滞后作用】—粘度随压力降低而增
•厚膜技术
• 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）。 • 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。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂
• 自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷 ，需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥 发，在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜 品醇、丁醇和某些络合的乙醇；
• 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。
•厚膜浆料的制备
集成电路芯片封装技术 第三章厚薄膜技术
2020/8/9
•前课ห้องสมุดไป่ตู้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
•芯片互连技术对比分析
•主要内容
➢ 厚膜技术简介
➢ 厚膜导体材料
•膜技术简介
厚膜（Thick Film）技术和薄膜技术（Thin Film）是电 子封装中的重要工艺技术，统称为膜技术。可用以制作电 阻、电容或电感等无源器件，也可以在基板上制成布线导 体和各类介质膜层以连接各种电路元器件，从而完成混合 （Hybrid）集成电路电子封装。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
• 粘接成分：主要有两类物质用于厚膜与基板的粘接： 玻璃材料和金属氧化物，可以单独使用或者一起使用。
•玻璃材料粘接机理： •【与基板中的玻璃发生化学反应】和【玻璃态物质熔融 流入基板不规则表面】 • 玻璃粘结的不足？ • 物理过程因存在热循环和热储存而退化 • 烧结玻璃材料表面存在玻璃相，影响后续组装工艺。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
•金属氧化物粘接机理： • 金属Cu和Cd（镉）与浆料混合，发生基板表面氧化反 应生成氧化物，金属与氧化物粘结并通过烧结结合在一起 。 • 金属氧化物粘结的优缺点？ •玻璃-氧化物粘接机理： • 氧化物一般为氧化锌或氧化钙，低温下可发生反应， 克服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。
•厚膜电路特点及应用
• 较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优 势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。 • 由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不包 括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动系 统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普通 PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体 现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率 的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、 通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。
•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。
• 有机粘结剂不挥发，但在高温下趋于烧尽，粘结剂 在烧结过程中必须被完全氧化，不能存在有影响膜的 残余物质（C）存在。 • 氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。
•传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有效物质
• 浆料中的有效物质决定烧结膜的电性能，如果是金属则 烧结膜是导体，如果是金属氧化物则是一种电阻；如果有 效物质是一种绝缘材料，则烧结后的膜是一种介电体，有 效物质一般以粉末形式出现，颗粒尺寸为1-10um，平均粒 径约5um。
• 通常情况下介电体是绝缘体，在外加一定强度电场的情 况下，会导致电击穿成为导电材料，常用于制作电容器。
•厚膜浆料
•所有厚膜浆料通常有两个共性： • 一、适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的黏性流体； • 二、有两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供 最终膜的电和力学性能，另一个是载体相（粘合剂），提供 合适的流变能力。
•牛顿流体和非牛顿流体
•牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系，即在
受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘
• 厚膜浆料可分为聚合物厚膜、难熔材料厚膜和金属陶 瓷厚膜；其中，难熔材料厚膜是特殊一类金属陶瓷厚膜， 需要在较之传统金属陶瓷材料更高的温度下进行烧结。
• 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。
性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。
• 牛顿内摩擦定律表达式：τ=μγ
• 式中：τ--所加剪切应力；
•
γ--剪切速率（流速梯度）；
•
μ--度量液体粘滞性大小的物理量—黏度，其物
理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
• 服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
•厚膜多层制作步骤
•厚膜浆料
• 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。