集成电路芯片封装第3章(二)

第三章厚 薄膜技术 二 前课回顾 1 厚膜导体材料的主要作用 2 厚膜导体材料的基本类型 电互连 平面导电布线和多层导体层电连接 元器件安装区域 焊盘和共晶连接 可空气烧结厚膜导体 可氮气烧结厚膜导体和须还原气氛烧结厚膜导体 3 厚膜电阻的电性能 初始电阻性能和时间相关性能 前课回顾 4 为什么相同成分和电压应力下 长电阻较之短电阻电位漂移要小 P60 电流的方向定义电阻的长度方向 与印刷厚度有关长电阻 高阻值电阻 短电阻 低阻值电阻相同电压梯度下 高阻值电阻的电阻漂移比低阻值电阻的小 一 丝网印刷 主要内容 二 厚膜浆料干燥 三 厚膜浆料烧结 四 薄膜技术 五 薄膜材料 丝网印刷是将浆料按照基板表面图案涂布在基板上的工艺 通常浆料印刷通过不锈钢网的网孔印刷涂布至基板表面 不锈钢网网孔的设计制作采用掩模技术 一 丝网印刷 丝网印刷步骤 1 丝网固定在丝网印刷机上 2 基板直接放在丝网下面 平行紧贴 3 涂布浆料在丝网上面 4 刮板在丝网表面平行运动 使浆料落至基板上 一 丝网印刷 丝网印刷基本步骤 基板 钢网 浆料 刮板 丝网定位 填料 印刷 脱模 浆料参数难以预测 粘度变化 丝网脱离工艺 接触式和非接触式 浆料的触变性 非牛顿流体 印刷线条的清晰度和精确度 基板表面张力 丝网 丝网印刷的注意事项 二 厚膜浆料干燥 其中 有机粘结剂是不挥发组分 有机溶剂或稀释剂是低温挥发组分 干燥过程主要就是去除可挥发组分 浆料成分中含有两种有机组分 有机粘结剂 提供丝网印刷合适的流动性能 有机溶剂或稀释剂 决定有机粘结剂的粘度 问题 不及时挥发会产生什么后果 厚膜浆料干燥工艺 1 流平 常温下 挥发低温挥发有机组分 时间约为5 15min 以保证粘度下降的浆料有足够的时间挥发和恢复粘度 维持印刷膜的边缘清晰度 2 强制干燥 70至150摄氏度温度范围内强制干燥 时间约15min 注意抽风排除溶剂 防止对烧结气氛产生影响 主要控制参数 干燥气氛纯洁度 干燥过程须在洁净室内进行 100000级 防止灰尘或纤维屑等落在烘干的膜表面 以免后续烧结产生缺陷 干燥升温速率 如果升温速率过快 溶剂的迅速挥发易造成膜的开裂 浆料干燥工艺参数控制 干燥以后进行浆料的烧结 将基板放置在带式炉的传送带上进行烧结 控制要点 清洁的烧结炉环境均匀可控的温度工作曲线 预热 升温 恒温 降温均匀可控的烧结气氛 三 厚膜浆料烧结 四 薄膜技术 薄膜技术 指采用蒸镀 光刻与刻蚀等方法制备所需材料膜层的技术 薄膜的含义不只是膜的实际厚度 更多的是指在基板上的膜产生方式 若固体膜物质三维尺寸中 某一维尺寸 通常指厚度 远小于另外两维尺寸 该固体膜称为薄膜 四 薄膜技术 薄膜技术与厚膜技术的区别 厚膜技术是 加法技术 而薄膜技术是 减法技术 使用光刻与刻蚀等工艺使薄膜技术得到的图形特征尺寸更小 线条更清晰 更适合高密度和高频率环境 典型的薄膜电路 典型的薄膜电路由淀积在基板上的三层材料组成 底层材料 电阻材料 基板粘结中层材料 扩散阻挡 导体 电阻粘结顶层材料 导电层 典型的薄膜生长工艺 薄膜工艺通常采用物理气相淀积制备薄膜 1 溅射淀积薄膜 利用辉光放电效应产生的高能粒子 等离子体中的离子 对高纯度被溅射物质电极 靶材 进行轰击 等离子体中离子动量转移给待溅射物质粒子后淀积在基板上 1 溅射淀积薄膜 2 蒸发淀积薄膜 当材料的蒸汽压超过周围压力时 材料就会蒸发到周围环境中 蒸发的 本质 薄膜蒸发淀积工艺中 通过加热或电子束轰击的方式 使被蒸镀物质在真空下受热或轰击后蒸发气化 高温蒸发后的原子在温度较低基板上凝集 形成淀积薄膜 2 蒸发淀积薄膜 蒸发工艺 2 蒸发淀积薄膜 电子束蒸发 利用高电压加速并聚焦电子束 直接打到源表面使金属熔化并蒸发到基片表面形成薄膜 蒸发淀积薄膜技术要点 1 蒸发成膜需要相当高的真空度 原因 1 降低蒸汽压力 从而降低蒸发材料所需的温度 2 减少蒸发室内气体分子散射 增加原子平均自由程度 且能使蒸发原子以直线形式运动 改善均匀性 3 去除污染物和组分 如氧和氮 提高纯净度 蒸发淀积薄膜技术要点 2 热蒸发载体材料的选择 高熔点金属 3 蒸发均匀度 距基板距离和粒子动量间的关系 4 电阻加热 坩埚外缠绕电阻丝 5 电子束蒸发的优点 参数易控制 蒸发与溅射对比 淀积膜的速率 蒸发 溅射合金材料的蒸发成膜 很困难 蒸汽压不同 严格控制熔化温度蒸发局限于低熔点材料氮化物和氧化物的淀积 采用蒸发技术难以控制 3 电镀薄膜技术 电镀 将基板和阳极悬挂在含有待镀物质的导电溶液里 在两极间施加电位 可用于金属材料电镀在导电表面上 电镀法特点 制备贵金属薄膜时 电镀法可有效增加膜厚度 且节约使用的靶材 经济性好 但可电镀的材料仅限于金属 比如 先溅射金膜 再电镀增加金膜厚度 薄膜制备完成后进行光刻和刻蚀 以获得所需要的薄膜电路图形 五 薄膜材料 1 薄膜电阻材料 通常采用含氧的化合物 实现与基板的粘贴和形成连续的膜 薄膜电阻与厚膜电阻的不同 薄膜电阻晶界不引起噪声 具有更好的稳定性 噪声和TCR特性 最常用电阻材料 镍铬合金 NiCr 氮化钽 TaN 二氧化铬 CrO2 五 薄膜材料 2 阻挡层材料 改善材料层间的扩散和迁移现象 改善焊接性能 如 金与电阻之间需要一层阻挡层材料 减轻NiCr合金中的Cr通过金扩散到表面 3 导体材料 薄膜混合电路中优选Au作为导体材料 某些场合可采用铜或铝 4 薄膜基板 较之厚膜基板选择范围更广 可选择陶瓷 玻璃或低温陶瓷等 最好的材料是高纯 99 5 氧化铝 蓝宝石 薄膜电路可以提供更好的线条清晰度 更细的线宽和更好的电