厚膜技术第三章第一讲王凤江.ppt

厚膜技术 任课教师 王凤江 厚膜技术 厚膜混合电路与厚膜元器件 3 厚膜技术 3 1厚膜混合电路定义3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺3 3厚膜浆料的关键参数3 4不同的厚膜材料3 4 1厚膜导体材料3 4 2厚膜介质材料3 4 3釉面材料3 4 4功能厚膜材料3 4 5厚膜电阻 3 1厚膜混合电路定义 厚膜混合电路是以陶瓷作为线路的基板 将导体网路及主 被 动元件 如R IC Diode Cap Inductors ASIC等 利用丝网印刷技术 印于基板表面 通过互连封装作业连接输出引脚 而形成一個功能完整 保密性高的应用IC 我们通称为厚膜混合電路 ThickFilmHybridCircuit 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 1厚膜浆料的特性及分类 流体类型 触变性 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 1厚膜浆料的共性及分类金属陶瓷厚膜难熔材料厚膜 还原气氛 高温 聚合物厚膜 有机基板 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的原材料有效物质 粘贴成分 有机粘贴剂 溶剂或稀释剂 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的原材料有效物质 功能性颗粒粒径 1 10 m 形貌 球状 圆片状等 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的原材料粘贴成分 玻璃 铅硼硅玻璃 和金属氧化物 作用 提供物理化学结合 提供功能相颗粒保持接触 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的原材料有机粘贴剂 具有触变性流体 乙基纤维素和各种丙烯酸树脂 作用 使功能颗粒与粘贴成分保持悬浮 赋予良好流动性及可印刷性 溶剂及稀释剂 松油醇 丁醇 增塑剂表面活性剂作用 调整粘度 易于印刷 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的制备工艺 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的制备工艺 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的制备工艺 所用球磨介质为2mm玛瑙球 3 2厚膜浆料的原材料及制备工艺 3 2 2厚膜浆料的制备工艺 三辊研磨机 3 3厚膜浆料的关键参数 3 3 1颗粒粒度 3 3厚膜浆料的关键参数 3 3 2粘度与TI因子 粘度单位换算 厘泊 cP 1cP 1000Pa S 3 3厚膜浆料的关键参数 3 3 2固含量功能相与黏贴成分的质量与浆料总质量的比值 作用 保证烧成厚膜的密实度及性能可靠性 使浆料具有良好的流动性 进而保证印刷质量 3 4不同的厚膜材料 3 4 1厚膜导体材料实现的功能 1 在电路节点之间提供导电布线 2 提供多层电路导体层之间的电连接 3 提供端接区以连接厚膜电阻 4 提供元器件与膜布线以及更高一级组装的电互连 5 提供安装区域 一边安装元器件 3 4不同的厚膜材料 3 4 1厚膜导体材料厚膜导体中的导体材料分贵金属和贱金属 厚膜与基板的附着力或由导体金属自身的化学结合来实现 或由导体中添加的百分之几的玻璃来实现 金属要求 电导率高 且与温度的相关性小 与介电体及电阻体相容性好 不发生迁移现象 可以焊接及引线键合 不发生焊接浸蚀 资源丰富 价格便宜 3 4不同的厚膜材料 3 4 1厚膜导体材料金导体 不易氧化 可用于高可靠性场合 如军事 医学等金易于与锡合金化 并融入其中 形成金属间化合物 因此金常与铂或者钯预先形成化合物以防止与锡作用 银导体 最大的特点是电导率高 最大的缺点是易迁移 利用钯和铂同样可使银的迁移速率降低 4 1 3 4不同的厚膜材料 3 4 1厚膜导体材料铜导体 具有很高的电导率 可焊接 耐迁移性 耐焊料浸蚀性都好 而且价格便宜 但是Cu容易氧化 氧含量应控制在几个ppm以下 3 4不同的厚膜材料 3 4 2厚膜介质材料HK介电体 K值在数百以上 主要用于厚膜电容器的介电质 BaTiO3为主要成分 但烧成体为多孔质 耐湿性差 目前随着助烧剂的改进 HK介电体又取得了重大进展 LK介电体 K值一般在10以下 多用于表面钝化 交叉绝缘层 多层布线绝缘层以及低容量电容器等 主要有两类即非晶玻璃系列和晶态系列的介电体 3 4不同的厚膜材料 3 4 3釉面材料可在较低温度下烧结的非晶玻璃 550 作用 提供机械 化学以及电气保护 阻挡焊料散布 改善厚膜电阻调阻后的稳定性 3 4不同的厚膜材料 3 4 4功能厚膜材料 传感器功能元器件 燃油传感器陶瓷电路板 电子回路功能元器件 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的结构 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 印刷正导与背导所用基板为96 氧化铝基板 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 印刷电阻层 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 印刷G1即釉面材料 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻 激光调阻 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 印刷G2 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 印刷mark 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 磁控溅射测导 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 电镀镍 锡 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 丝网印刷的原理 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 丝网材料尼龙丝网 油墨透过性好 可使用粘度大及颗粒大的油墨 有适当的柔软性 对承印物的适应性好 拉伸强度及耐摩擦性好 使用寿命长 耐酸碱和化学溶剂 金属丝网 图形尺寸稳定 实用于印刷高精度线路 耐碱性及抗拉强度很好 耐热性强 聚酯丝网 弹性强 耐酸性很好 吸湿性低 耐热性较尼龙强 尺寸稳定性好 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 烧结是实现浆料功能十分重要的制程关键点 温度曲线 烧结气氛 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 气流量的计算 排焦气流 由PLAWS公式计算 烧结气流 1 3倍排胶气流 抽出气流 足够抽出排胶和烧结产生的废气 由烟雾试验决定 入口和出口 轻微正压 提供风帘 由烟雾试验决定排胶气流的计算公式 V P L A W S l min V 排胶气流所需的量 l min P 浆料印刷面积占基片面积的比率 L 炉子负载因子 单位面积炉带上基片的面积 A 印刷后单位面积浆料排胶所需的气流 为常数0 4l cm2W 炉带宽度 S 炉带速度 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的制备工艺 烧结气流不足的影响 电阻率高 烧结不好 表面粗糙 烧结不好 表面发黑 无光泽 表面受污染 可焊性差 表面受污染 附着力低 耐焊性差 引线不容易粘连上 不规则的TCR值 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻所用浆料1945 Centralab carbonblackresin Ag 1959 DupontCorp Ag Pd 1960 s DupontCorp RuO2 basedconductivephase 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻所用浆料 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的性能电阻温度系数 TCR R2 R1 R1 T2 T1 热端TCR 25 125 冷端TCR 55 25 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的性能电阻电压系数VCR R2 R1 R1 V2 V1 因电阻浆料中半导体的存在 随着电压的增加 电阻下降 因此 VCR均具有负值 VCR与电阻的长度有关 3 4不同的厚膜材料 3 4 5厚膜电阻厚膜电阻的性能电阻噪声来源 热噪声 由于热引起电子在能级之间随机跃迁的结果 与频率无关 为白噪声 电流噪声 材料里边界之间的能级突变 属于正比1 f频谱 理论上 高值电阻比低值电阻具有更高的噪声电平 大面积电阻具有很低的噪声电平 较厚的电阻具有较低的噪声电平 3 4