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ch2-封裝工藝流程(文件)

2025-02-20 09:25 上一頁面

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【正文】 真空蒸發(fā)、濺散、氣相化學淀積、電鍍等方法而形成。 第三章 厚薄膜技術 厚膜技術的主要工序 漿料 ,也稱涂料,它是由金屬或金屬氧化物粉末和玻璃粉分散在有機載體中而制成的可以印刷的漿狀物或糊狀物。厚膜中最常用的印刷是絲網(wǎng)印刷。主要是使絲網(wǎng)篩孔的痕跡消失,某些易揮發(fā)的溶劑在室溫下?lián)]發(fā)。 厚膜元件的質(zhì)量與燒結(jié)條件(包括升、降溫速率,最高燒結(jié)溫度和保溫時間 — 統(tǒng)稱燒成曲線等有密切的關系,所以要嚴格進行控制。使阻值或容量發(fā)生變化,從而達到預定的標稱值和所需的精度。 陶瓷基板包括: 氧化鋁陶瓷基板、氧化鈹陶瓷基板、特種陶瓷基板(高介電系數(shù)的鈦酸鹽、鋯酸鹽,和具有鐵磁性的鐵氧體陶瓷等,主要作傳感器和磁阻電路用)、氮化鋁基板和碳化硅陶瓷基板。 第三章 厚薄膜技術 多層陶瓷基板 所謂多層陶瓷基板,就是呈多層結(jié)構(gòu),它是用來作多層布線用的。 第三章 厚薄膜技術 生板(片)疊層法 它是在沖好通孔的氧化鋁生片上印刷 Mo、 W等導體,然后將這種印好導體圖形的生片合疊到所需層數(shù),在一定的壓力和溫度下壓緊,再放到 15001700℃ 的還原氣氛中燒結(jié)成一個堅固的整體。 基板內(nèi)部可以制作電阻、電容等厚膜元件。 可焊性、密封性和散熱性沒其它二種好。 導體和絕緣介質(zhì)燒成整體,密封性好,可靠性高。 Ag漿料的最大特點是電導率高,但其與基板的附著強度、焊接特性等存在問題。 Ag導體的最大缺點是容易發(fā)生遷移。 Ag 銀導體 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 Ag中添加 Pd,當 Pd/(Pd+Ag)> ,但當 Pd的添加量較多時,在 300760℃ 范圍內(nèi)發(fā)生氧化反應而生成 PdO,這不僅使焊接性能變差,而且造成導體電阻增加。Al ) 2O3 AgPd 銀 鈀導體 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 隨 Bi含量增加,膜的結(jié)合強度增大。在導體圖形間滴上水滴,并施加一定電壓測量達到短路今后經(jīng)過的時間。焊接后,在 150℃ 下放置 48小時,測量導線的結(jié)合強度等。 二步燒成法: 即先在氧化氣氛中,后在還原氣氛中對銅漿料進行燒成。 Cu 銅導體 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 燒成法 也適用于多層化,并已用于 MCM基板的制作。 玻璃粘結(jié)劑將 Au與玻璃粉末分散于有機溶劑中制成的。 Au 金導體 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 通稱樹脂漿料,由這種有機金屬化合物漿料可最終制取金屬膜層。MO 漿料) 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 金屬有機化合物漿料 ( metalloanic paste。 厚膜電阻與材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 電阻漿料的性能要求 電阻漿料的性能要求 電阻范圍寬 與導體材料相容性好 TCR和 TCR跟蹤小 不同方阻漿料間的混合性能好 非線性和噪聲小 適合絲網(wǎng)印刷 穩(wěn)定性高 燒成溫度范圍寬 功耗(功率密度)大 再現(xiàn)性好、成本低 結(jié)構(gòu) 厚膜電阻的結(jié)構(gòu)是不均勻的相結(jié)構(gòu),因為均勻的分散相,則導電顆粒被絕緣顆粒隔開,就沒有電導,如果導電相濃度上升,相互連接的電導將大大地上升,出現(xiàn)突變。低阻值厚膜電阻體中的 RuO2在燒結(jié)過程中相互連接,形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),構(gòu)成導電通路。用 Rs表示,單位為 ?/方或 ?/□。引入方阻后, : 式中: N是電阻膜的長寬比,稱為方數(shù)。電阻溫度系數(shù)通常用 TCR來表示,它表示溫度每變化 1℃ Rs時,電阻值的相對變化,即: 式中, R R2分別為溫度 T1和 T2時的阻值。 電阻溫度系數(shù) 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 )攝氏度11()( 12112TTRRRTCR???(式 ) 希望材料或電阻器的 TCR絕對值愈小愈好,最好接近于零。 所謂 溫度系數(shù)跟蹤 ,或跟蹤溫度系數(shù),是指在電路的工作溫度范圍內(nèi),電路中各電阻器間 TCR之差。 為了使電路中的電阻間的跟蹤溫度系數(shù)小,應盡量采用阻值 溫度特性相一致的漿料。厚膜電阻的非線性可用三次諧波衰減和電壓系數(shù)來衡量。 電阻器的種類不同,產(chǎn)生的噪聲也不同,即 熱噪聲 、 1/f噪聲 和 突發(fā)噪聲 。這種噪聲也稱電流噪聲或接觸噪聲,因為它在顆粒狀結(jié)構(gòu)的導體或存在接觸電阻的情況下,并且只有在通過電流時才產(chǎn)生。 厚膜電阻的噪聲 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 ③突發(fā)噪聲 厚膜電阻器中除了熱噪聲和 1/f噪聲外,還有一種突發(fā)噪聲。故稱為臨界導電玻璃層或臨界導電絕緣層。 厚膜電阻材料可分為 貴金屬 賤金屬 聚合物 厚膜電阻材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 最早的一種玻璃釉電阻材料 組成: Pd粉、 Ag粉和硼硅酸玻璃粉混合制成。 PdAg電阻材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 特點 1 在貴金屬材料中成本比較低 2 電性能和工藝性能較好 3 對燒成條件(最高燒結(jié)溫度和保溫時間等)非常敏感,因為影響 PgO的生成 4 對還原氣氛敏感,在電路的使用過程中如遇到還原氣氛時,阻值會發(fā)生變化。在各方面都比 PdAg電阻好??傮w來講能夠?qū)嵱眯缘倪€不多。漿料低溫聚合固化,工藝簡單,可用各種基板,成本很低并使用于自動化生產(chǎn),目前不僅在民用產(chǎn)品中獲得廣泛應用,而且也應用到軍用產(chǎn)品中。 聚合物厚膜電阻材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 1)用途 厚膜介質(zhì)主要用來作:①厚膜電容介質(zhì);②多層布線和交叉布線介質(zhì)(即隔離介質(zhì));③電路中的保護層和包封介質(zhì)等。載體的作用與其它相同。用于交叉和多層布線介質(zhì)大多是結(jié)晶玻璃或者玻璃 陶瓷介質(zhì)。 。 這種玻璃加熱到高于軟化點溫度時,氧化物添加劑使玻璃成為不透明的。從而成本增加。 厚膜介質(zhì)材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 3)組成 厚膜介質(zhì)漿料是由陶瓷粉、玻璃粉和有機載體等組成。不同方阻除了改變碳黑和石墨及樹脂含量外,還應選用不同種類的碳黑材料。 賤金屬厚膜電阻材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 聚合物電阻材料 是非金屬碳為導電相,樹脂為粘結(jié)劑的一種電阻材料。 Pt族電阻材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 為了降低成本,還出現(xiàn)了釕酸鹽材料,如釕酸鉍、釕酸鉛等 RuO2電阻材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 RuO2電阻材料特點 1 性能穩(wěn)定性高,加熱到 1000℃ 也不會發(fā)生化學變化 2 RuO2本身具有金屬導電性,且電阻率低(室溫時為 5 105??cm), TCR為正值,因此可以不加其它金屬材料,而直接與玻璃混合起來制成不同的方阻材料,方阻范圍很寬( 10?/方~ 10M?/方), TCR又很?。s 100ppm/℃ ,加入 CuO或 MnO2控制) 3 對工藝條件不敏感,受燒結(jié)條件影響較小,阻值再現(xiàn)性好,燒成后電性能優(yōu)良,具有很高的穩(wěn)定性 以賤金屬作厚膜電阻的材料種類較多,主要有各種賤金屬氧化物, MoO SnO2等、氮化物,如 TaNTa、 TiNTi等,硅化物,如 MoSi TaSi2等,碳化物,如 WCW等。 Pt族電阻材料主要是指用 Pt、 Ir(銥)、 Rh(銠)等貴金屬作電阻的材料。 Ag粉的加入有二個作用: 善電阻器的性能(可減小 TCR和噪聲); 阻。它在低場強下顯示出很高的電阻,而在高場強下,這種電阻就大大減小,呈現(xiàn)出較大的非線性。 原因: 電阻器的熱噪聲和 1/f噪聲稱為正常噪聲,突發(fā)噪聲主要跟厚膜電阻材料和電阻器制造工藝有關,它通過混合和分散均勻可以減小和消除。這是因為導電顆粒之間的玻璃薄層在厚膜電阻器的燒成過程中存在大量缺陷,因而大量電阻陷阱,能夠不斷地俘獲和釋放電子,在外電場存在而產(chǎn)生電流時,這種起伏便構(gòu)成了電流噪聲或 1/f噪聲。這種噪聲是因為電子的熱運動引起的,故稱熱噪聲。 厚膜電阻的非線性 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 )/(%100)(12112 VVVRRRVc ????(式 ) RPU ?? 電阻器的噪聲是一種電噪聲,它是產(chǎn)生在電阻器中的一種不規(guī)則的微小電壓起伏。 電壓 U與電流 I的比值 不是常數(shù)(不符合歐姆定律),這時電阻的阻值 與外加電壓有關,在厚膜電阻器中, R通常隨外加電壓的增加而減小。 跟蹤溫度系數(shù)的大小反映了電路中各個電阻器的阻值隨溫度變化的一致性是否良好。TCR的大小與多種因素有關,主要有: ①厚膜材料的種類、性質(zhì); ②制造工藝; ③測量溫度范圍; ④基板的熱膨脹系數(shù)等有關。 +25℃ ~ +125℃ 范圍測量的 TCR稱為正溫 TCR,而在 +25℃ ~55℃ 范圍測得的 TCR為負溫 TCR。 對于一種厚膜電阻材料,例如 RuO2電阻材料,希望它的方阻范圍越寬越好,這樣可以滿足電路中各種阻值的要求。對于下圖所示的任意一塊厚膜,其電阻值 R可用下式來表示: ρ 為電阻膜的體積電阻率( ??cm); l為膜的長度; s為膜的橫截面積; w和 t分別為膜的寬度和厚度。 厚膜電阻的結(jié)構(gòu)和導電機制 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 厚膜電阻器電特性的主要參數(shù): 方電阻 電阻溫度系數(shù) 非線性 噪聲和穩(wěn)定性 厚膜電阻的主要參數(shù)及基本性能 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 方電阻 簡稱方阻,也稱膜電阻。其辦法是使用玻璃粉的顆粒要求比導電顆粒要粗,這樣,在濕的漿料中,每個玻璃顆粒被許多小的導體顆粒所包圍。而制造厚膜電阻用的漿料,在電路中的應用僅次于導體漿料。一般是在 Au、 Ag、 Pd、 Pt等有機金屬的導電材料中添加 Bi、 Si、 Pb、 B等有機金屬添加劑,做成液體狀的 Au、 Ag、 Pt、 AuPtPd漿料等市場出售。 代替玻璃而加入 TiO CuO、 CdO等,與基板反應,生成CuAl2O Al2O4Cd等化合物,成為導體膜與基板之間的界面。重復操作若干次,然后在大氣中燒結(jié) 30分鐘排膠,再在約含 10%H2的氣氛中,在 450℃ 還原,接著在非活性氣氛中 1000℃ 燒成。首先在 N2中摻入( 101000) ppm的 O2在此氣氛下,在 900℃ 燒制 10分鐘,而后在 N2中混入 1%H2的氣氛中,在 250~ 260℃ ,燒制 10分鐘,即告完成。但是,銅在大氣中燒成會氧化,需要在氮氣中燒成,其中的氧含量應控制在幾個 ppm(即 106)以下。在導體膜焊接引線,沿垂直于膜面方向拉伸,測量拉斷時的強度,確定破斷位置,分析斷面形貌結(jié)構(gòu)等。測量導體膜上焊料液滴的展寬直徑。 為了提高 AgPd導體的焊接浸潤性,以及導體與基板間的接合強度,需要添加 Bi2O3。 AgOH不穩(wěn)定,容易被氧化而析出 Ag,從而引起 Ag的遷移。這是由于 Ag與玻璃層間形成 AgO鍵,以及與焊料擴散成分生成 Ag3Sn所致。 缺點: 設計和制造靈活性差,生產(chǎn)周期長 燒結(jié)溫度高,要在還原性氣氛中燒結(jié)等。 容易實現(xiàn)多層化,進行高密度布線。 缺點: 制造很細的線(微細線)困難??梢栽诳諝庵袩Y(jié),溫度在 1000℃ 以下。多層化的方法有三種: 厚膜多層法 — 用燒成的 Al2O3板 印刷多層法 — 用未燒成(生)的基板 生板(片)疊層法 — 用生板(帶有通孔) 第三章 厚薄膜技術 厚膜多層法 厚膜多層法是在燒成的氧化鋁基板上交替地印刷和燒結(jié)厚膜導體(如 Au、 AgPd等)與介質(zhì)漿料而制成,導體層之間的連接是在介質(zhì)層上開孔并填入導體漿料,燒結(jié)后而相互連接起來。 這種氧化鋁陶瓷板要在 1700℃ 以上高溫下燒成,因而成本比較高。 封裝是把制成的厚膜電路或組合件保護在一定的外殼中或采取其它防護措施,如印刷一層保護層,以達到防潮、防輻射和防止周圍環(huán)境氣氛等影響。 微調(diào)的原因是:因為厚膜電阻或電容在燒結(jié)后其阻值和容量通常還不能完全達到所要求的數(shù)值精度,所以還需要進行調(diào)整。印好的厚膜漿料只有經(jīng)過燒結(jié)工序后,才具有一定的電性能,才能成為所需要的厚膜元件。印刷時,將基板放在絲網(wǎng)下面,而將漿料放在絲
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