厚膜混合集成电路 第章ppt课件.ppt

第二章厚膜元件与材料 2 1厚膜基板2 2厚膜导体与材料2 3厚膜电阻及材料2 4厚膜介质材料2 5厚膜铁氧体磁性材料及厚膜电感器2 6其他厚膜材料 1 2 1厚膜基板 一 基板的作用与要求1 作用承载作用 厚膜元件 外贴元器件 互连导体以及整个电路 绝缘作用 提供元器件之间的电绝缘 导热 散热作用 将元器件工作时产生的热量即时散发出去 2 3 4 2 要求基板的性能对厚膜元件和整个电路性能 工艺有很大的影响 特别在可靠性和工艺重现性等方面关系十分密切 基板要求 1 表面性能表面平整 光滑 具有适当的表面光洁度 2 电性能 v s高 tg 小 保证绝缘性能 5 3 热性能导热性高基板的热膨胀系数应与电路所用的材料相匹配 4 机械性能机械强度和硬度高 能经受机械振动 冲击和热冲击良好的加工性能 切割 加工和钻孔等 6 5 化学性能化学稳定性高 不受各种化学试剂和溶剂的影响 与电路材料有很好的相容性 6 其他性能耐高温 经受多次高温烧结不变形 成本要低 重量轻 7 二 常用的基板材料 常用基板种类 陶瓷基板 金属 包括金属芯型 基板 树脂基板 8 氧化铝陶瓷基板 金属基板 9 树脂基板 10 1 陶瓷基板 优点 耐高温 1000 热胀系数小 导热性好 绝缘强度高 缺点 脆 易碎 种类 氧化铝陶瓷 Al2O3 氧化铍 BeO 氮化铝 AlN 碳化硅 SiC 多层陶瓷基板 11 1 氧化铝基板 主要成分Al2O3 Al2O3含量越高 基板性能 电性能 机械强度 表面光洁度等 越好 但烧结温度高 价格贵 厚膜电路一般采用94 Al2O3瓷 晶粒尺寸3 5 m 85瓷和75瓷性能较前者稍差 但成本较低 所以目前国内外也有采用 12 氧化铝基板的性能 13 热导率和氧化铝含量的关系 14 优点 价格适中 各种性能基本满足厚膜电路的要求 与厚膜混合集成电路相容性比较好 目前使用最广泛 缺点 热导率没有氧化铍基板 氮化铝基板高 15 2 氧化铍基板 优点 热导率高 常温下2 64J cm s 仅次于银 铜 金与铝相近 为氧化铝的10倍 体积电阻率大 介电系数小 高频下损耗小 适于高频 大功率电路 能与大多数厚膜浆料相容 16 缺点 粉末有毒 价格较贵 机械强度不如氧化铝 如果不考虑成本和毒性 氧化铍是一种理想的基片材料 17 氧化铍 基板的性能 18 氧化铍陶瓷有负的电阻率温度系数 99 5 氧化铍电阻率与温度的关系 19 20 3 氮化铝基板是一种新型陶瓷基板 优点 热导率高 与99 5 BeO陶瓷大致相同 为氧化铝的8 10倍 热导率与温度的关系比氧化铍瓷小 抗弯强度大 硬度小 机械加工比较容易 抗弯强度比氧化铝大但硬度仅为氧化铝的一半 21 热胀系数比氧化铍小 4 4ppm 与Si接近 这有利于组装大规模IC芯片 与Au Ag Pd和Cu浆料的相容性较好 可作高频 大功率电路基板 还适于高密度 大功率的微波电路以及大规模厚膜IC 缺点 成本高 对杂质含量敏感 22 氧化铝 氧化铍 氮化铝基板性能比较 23 氧化铝 氮化铝 氧化铍的热导率与温度的关系 24 几种陶瓷基板热膨胀系数的比较 25 4 碳化硅基板 以 SiC为主 掺以微量BeO 0 1 0 35 的新型基板 优点 热导率是金属铝的1 2倍 比BeO瓷还要高 从热扩散系数 热容量看该基板传热比Cu还要好 SiC基板的抗弯强度为44100N 2与氧化铝相近 26 热胀系数与单晶硅几乎相同 所以适合组装大规模IC芯片 缺点体积电阻率比氧化铝和氧化铍低 介电系数高 因此高频性能不如氧化铝 27 新型SiC陶瓷与其它材料的性能比较 28 5 多层陶瓷基板 为了提高组装密度 使电路高密度化 小型化 高速化而研制的陶瓷基板 多为氧化铝瓷 多层化的方法有三种 29 a 厚膜多层法 在氧化铝基板上交替印烧导体 Au Ag Pd等 和介质浆料 特点 制造灵活性大 可在空气中烧结 温度 1000 层内含电阻 电容等 制造过程容易实现自动化 缺点 制作微细线困难 层数也不能太多 可焊性 密封性不如其它二种方法 30 厚膜电路底层布图 厚膜电路介质层布图 31 厚膜电路顶层布图 32 b 印刷多层法 将与生基板成分相同的氧化铝制成浆料 交替在氧化铝基板上印刷和干燥Mo W等导体以及氧化铝介质浆料 此时各层间的印刷导体就可以通过层间的通孔实现层间连接 在1500 1700 的还原气氛中烧成 在烧成导体部分镀Ni Au形成焊接区 33 c 生基板叠层法 在生基板上冲好通孔 在生基板上印刷Mo W等导体 重叠所需层数 在490 1470N cm2压力和80 150 下叠压 在1500 1700 的还原气氛中烧成 在烧结过程中 薄片里的SiO2 CaO MgO扩散到导体层中形成中间层 从而可得牢固的结合强度 34 优点 后两种二种方法 利用生基板有柔软性 容易吸收有机溶剂的特性 可印出高分辨率的微细线 容易实现多层化和高密度布线 由于导体和绝缘层烧结成整体 所以密封性好 可靠性高 缺点 设计灵活性不如厚膜多层法 烧结温度也偏高 35 2 金属基板 陶瓷基板缺点 脆 易碎 不易制成大面积的基板 为此开发了金属基板 金属基板 在金属板 主要是钢板和铝板 上涂复绝缘膜而成 36 金属铝基板 37 优点 价格比陶瓷低 散热性良好 加工和成形简单 可用于通孔连接 缺点 通孔周围和基板边缘的釉层会凸起 影响印刷 釉层中的碱离子也会发生迁移 工作温度低600 分类 38 1 涂釉钢板低碳钢上涂敷玻璃釉层 850 烧成 39 2 金属芯基板 40 3 衬铜金属基板 41 4 绝缘金属基板 IMST基板 42 3 树脂基板分类 硬质树脂基板柔性树脂基板硬质板的主要材料 纸酚醛树脂 纸环氧树脂 玻璃环氧树脂 柔性板主要材料 聚酯 聚酰亚胺 玻璃环氧树脂等 43 44 优点 加工简便 成本低 可电镀制作细线 适于自动化生产 缺点 耐热性差 热冲击性差 高温下的化学稳定性差 45 各种树脂基板的特性 46 小结掌握厚膜