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第十二章集成电路印刷 集成电路 IntegratedCircuit IC 指以半导体晶体材料为基础 采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互连线集成在基片内部 表面或基片之上的微小电路或系统 集成度 指在一定尺寸的芯片上可以做出多少个晶体管 一 概述1 集成电路的分类 IntegratedCircuit IC 按其基本构成不同分为两类 半导体IC和混合IC 薄膜IC 厚膜IC 组合IC 半导体IC 也称整体集成电路 是在半导体基板上由晶体三极管 晶体二极管和电阻电容构成的一体化电路 混合IC 将用于电路中的晶体三极管 晶体二极管的硅材料 基板的绝缘材料 配线部分的其他材料混合 制成混合IC 2 厚膜集成电路适用于耗电小 大功率 高电压电路 成本低 适合大批量生产 制作 是将导体 电阻 电容等用特殊油墨印刷在陶瓷上 再通过烧结使其得到所要求的电气性能 构成 基板 导体 电阻元件 电介体元件 电感元件 有源元件 内部接线 外装等8部分构成 应用 电子工业 军事宇航领域 民用工业等 厚膜IC的构成 基板 矾土陶瓷 镁橄榄石陶瓷 锆质陶瓷 滑石质高绝缘陶瓷 莫来石陶瓷 堇青石陶瓷等导体 Pd Ag Pt Ag Au Ag电阻元件 金属釉电阻 RuO2系 Ag Pd系 树脂系碳素皮膜电介体元件 陶瓷电容器 层合片型陶瓷电容器 圆片型钽固体电解电容器 薄膜及厚膜电容器电感元件 薄膜及厚膜线圈 磁芯线圈有源元件 各种半导体组件 箔片晶体三极管 IC箔片内部接线 超声焊接 软熔钎焊 特殊软钎焊外装 浸渍环氧树脂涂装及模具等 二 厚膜集成电路的制作1 工艺过程 主要由印刷和烧结工艺组成 制作工艺的前后顺序由各工序的烧结温度决定 导体印刷与烧结 电介体印刷与烧结 导体油墨 850 1000 电介油墨 绝缘油墨 850 900 电极印刷与烧结 电阻印刷与烧结 电阻 静电容量修正 导体油墨 750 800 电阻油墨 700 760 保护涂层印刷与烧结 有源元件管芯联接 玻璃油墨 540 硅晶体三极管 硅二极管 硅半导体IC 400 420 有源元件导线连接 有源元件保护覆层 金属导线或Al线300 350 硅树脂 200 组装元件外引线的钎焊 外涂装 微型晶体三极管 树脂 基本原则 将烧结温度高的工序放在前面 以避免因烧结温度过高而影响厚膜IC的电气性能 2 印刷印刷方式 基板为硬性陶瓷材料 本身没有吸墨性 而要求墨层较厚 选用丝网印刷 承印物 陶瓷材料 印墨 特殊油墨 制版 阳图原稿 直接感光制版法 不锈钢丝网 金属网框 印刷工艺 平面丝网印刷机 要求印刷位置准确一致 印压合理 墨层厚度均匀 3 基板 要求 耐高温 耐烧结 不与油墨发生反应 对玻璃粉的附着性良好 表面光滑 机械强度和尺寸稳定性良好 主要材料 氧化铝 纯度96 厚度0 30 1 5 标准尺寸50 50 种类 氧化铝陶瓷基板 镁橄榄石陶瓷基板 高频绝缘石陶瓷基板 锆石陶瓷基板 莫莱石陶瓷基板 堇青石陶瓷基板等 4 油墨作为电子元件的构成材料 应满足集成电路电气性能的要求 导体油墨 由金属粉末 玻璃粉 连结料和添加剂构成 a 印刷 印刷后形成导电性油墨皮膜 金属粉末和玻璃粉均匀分散在连接料树脂中 b 烧结 连接料树脂开始燃烧 墨层体积减少 玻璃粉软化熔融后向基板表面扩展 和金属粉末粘结在一起 c 冷却 玻璃粉紧紧填充排列 和金属粉末有序粘结在一起 形成金属粉末整齐排列的墨层 以实现油墨皮膜的导电性能 导电性油墨的印刷 烧结冷却过程1 玻璃粉2 树脂3 金属粉末4 基板 电阻油墨 主要由金属粉末构成电阻皮膜 金属粉末 Ag Au 电阻油墨组成铂 Pd Pt Ru 硼硅酸盐系玻璃粉 树脂 溶剂添加剂 金属氧化物粉末电阻值大小由油墨成分 烧结条件等决定电介油墨 钛酸钡与玻璃熔化后急速冷却制成玻璃粉末 并与树脂 溶剂混合 可作为电容器使用 绝缘油墨 主要作为电阻厚膜保护或配线的多层交叉绝缘 有源油墨 硒 硫化镉 硒化镉 硫化锌等 主要形成半导体组件和晶体三极管等 烧结工艺要求更严格 5 烧结与修正烧结 合理控制烧结温度和烧结时间 保证厚膜IC的电气性能 工艺过程 预加热 升温 烧结 冷却预加热 50 400 墨层有机连接料燃烧气化升温 400 800 金属氧化或还原反应 并使金属粒子熔化 使印刷图文得到要求的电气性能烧结 800 恒温 使玻璃粉元素熔化 金属成分固着在基板上冷却 快速冷却 避免继续反应 修正 电阻油墨进行烧结后对电阻的大小要进行修正 只能增大 电路设计时的电阻要稍小一些 方法 喷射氧化铝粉末 使电阻表面平整化 提高电阻值 三 发展方向1 提高印刷网版的精度 2 研究高性能的专用特殊油墨 3 提高丝网印刷机的精度和效率 4 增进微型电路集成块的实用化 丝印缺陷对厚膜电路的影响 习题 1 集成电路按其基本构成不同可分为几种类型 2 什么是半导体IC和混合IC 3 说明厚膜IC的应用与构成4 制作厚膜IC为何一般采用丝网印刷方式 如何合理选择丝网材料和线数 对丝网印刷机有哪些要求 5 说明烧结工艺在厚膜IC制作中的重要性 第十三章铭牌印刷 NameplatePrinting 一 概述1 定义 铭牌印刷是指以铭牌为主要产品的印刷 2 材料 过去采用铜 铁等 现在大多采用铝制 塑料制 不干胶铭牌等3 铝制铭牌的制作方法 铝制材料直接使用耐酸铝铭牌 利用氧化铝对染料的特殊吸附作用进行 二 铝制铭牌的加工方法1 印刷方式 普遍采用 照相感光 丝网印刷大批量生产 平版胶印异型表面 移印2 铝材选用 工业纯铝 硬状态 半硬状态 退火状态 不翘曲 表面光洁无划伤砂眼 公差符合要求3 表面处理化学覆膜 阳极氧化 电镀 涂装4 机械预处理喷砂 抛光 雕刻 三 耐酸铝制铭牌的加工1 选材 铝板 采用国标 2 预处理 机械预处理 化学处理 电化学处理等 3 耐酸铝的加工 阳极氧化处理 电解 铝材为阳极 铅板为阴极 电解液采用硫酸溶液 提高导电度 增加电子传递速度 起催化剂作用 通过控制电压完成电解作用阳极 2OH H2O O 2e2Al 3 O Al2O3阴极 2H 2e H2氧化处理结果 在铝板表面形成一定厚度的坚硬致密的氧化膜处理条件 硫酸浓度 7 20mol 起到增加电解液的导电度 增加水的解离度的作用 电流密度 0 8 2 0A dm2 电解液温度 18 25 时间 15 60分 4 印刷照相感光 涂布感光乳剂 照相软片密附曝光 显影 染色 油溶性染料 除去保护膜 封孔处理 铭牌制作工艺过程1 感光剂2 耐酸铝层3 铝基材4 照相软片密附5 保护膜6 染色后的耐酸铝7 保护膜剥离后封孔处理 丝网印刷 耐酸铝层直接染色 丝网印刷保护膜 去除不印部分的染料 蚀刻 耐酸铝加工 染色 油墨去除 丝网印刷的立体铭牌制作工艺1 铝材2 耐酸铝膜3 油墨4 染色的耐酸铝5 蚀刻6 耐酸铝加工7 染色8 油墨去除 5 封孔原因 耐酸铝层染色后还具有一定吸附能力方法 沸水或加压水蒸气处理Al2O3 Al2O3 H2O目的 去除残余吸附能力 使表面失去活性四 胶印制铭牌1 分类 平压式 圆压式 轮转式2 印版 多采用PS版3 制作工艺选材 根据国标 预处理 细化 碱腐蚀 研磨 涂布 乙烯系清漆 印刷 醇酸系油墨 上光 醇酸系树脂 覆膜 习题 1 什么是铭牌印刷 2 铝制铭牌有哪两种制作方法 3 简述丝网方法印制铭牌的工艺过程 4 按印刷方式不同 胶印铭牌印刷分为几种 5 印刷后要对耐酸铝制铭牌进行封孔处理的目的是什么 6 说明胶印制铭牌的制作工艺 第十四章其他特种印刷 发泡印刷 贴花印刷 一 发泡印刷 Foamprinting 定义 用微球发泡油墨通过丝网印刷到纸张或织物上 经加热获得突起图文或盲文读物的印刷方式 特点 印迹呈现凹凸立体效果 应用 商品装潢 书刊装帧 盲文读物等 分类 根据油墨构成和发泡方式不同分为两种 微球发泡印刷和沟底发泡印刷 包括化学发泡和机械压花发泡 1 微球发泡印刷 原理 将微球发泡油墨通过丝网转印到承印物上形成印迹 然后加热使墨层中的微球膨胀 形成无数小气泡 从而使图文墨层凸起 微球发泡油墨 作用 高分子聚合物单体合成后制成的中空可塑性小球 直径5 80微米 内部充有低沸点溶剂 加热后 溶剂气化使微球体积膨胀直径增加到5 30倍 在承印物表面形成凸起的图文 构成 色素 10 色浆 决定油墨颜色 微球 20 发泡源 强度及大小由微球发泡剂含量及在油墨中的均匀性决定 连结料 60 丙烯酸酯类 稳定剂 5 尿素 吸湿性好 加速膨胀 扩散 助剂 5 2 沟底发泡印刷 定义 采用丝网印刷将沟底发泡油墨印刷到基材上 使用化学发泡或机械压花方法以获得浮凸图文 原理 发泡剂受热后汽化 使油墨层形成无数微小的气孔 以构成凸起的图文 油墨 构成 色素 2 颜料 树脂连结料 40 聚氯乙烯树脂 发泡剂 2 发泡源 偶氮二甲基酰胺 增塑剂 36 苯二甲酸二辛酯 稳定剂 2 二盐基性亚磷酸铝 填充剂 18 碳酸钙 发泡工艺 化学发泡 印刷后的印品放在发泡机内加热 使发泡剂分解放出气体 完成发泡 加热温度决定发气量和发泡程度 机械压花工艺 加热发泡后 用沟底压花滚筒进行加热轧压 形成浮凸图文3 影响发泡印刷质量的因素发泡剂的含量及均匀性 增塑剂的含量 加热温度 加热时间等 二 贴花印刷 DecalPrinting 间接转移印刷 定义 是用平版胶印将图案印在涂胶纸或塑料薄膜上 将其贴在被装饰物的表面 通过转移而得到贴花图案 应用 机电产品的商标 标志印刷 瓷器等装饰品的印刷 1 转印纸 贴花纸 采用专业裱纸机复合而成 2 承印物 不规则曲面承印表面 各种成型物等 3 制版 印版图文为正向 4 印刷 采用平版胶印 印前在转印纸施胶面上涂布调墨油 印刷色序为先印透明性强的油墨 后印遮盖力强的油墨 最后加印白墨作为底色 瓷器贴花印刷使用耐高温颜料特殊油墨 商标贴花印刷可使用普通胶印油墨或金属印刷油墨 5 转印 商标贴花 承印物表面涂布调墨油 贴润湿裱纸 加压 揭裱纸瓷器贴花 承印物表面涂布明胶液 贴裱纸 压印