【正文】 厚膜技術 厚膜技術是用絲網(wǎng)印刷或噴涂等方法，將導體漿料、電阻漿料和介質(zhì)漿料等涂覆在陶瓷基板上制成所需圖形，再經(jīng)過燒結(jié)或聚合完成膜與基板的粘接。它的基本內(nèi)容是印刷和燒結(jié)，但目前已發(fā)展成綜合性很高的一種技術。它的范圍和內(nèi)容越來越廣泛，包括互連技術，制造元器件技術和組裝封裝技術。 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。其中的有機載體是由有機溶劑和樹脂配制而成的。 第三章 厚薄膜技術 ： 根據(jù)不同的漿料（導體、電阻、介質(zhì)等）的成分和配方，將各種固體粉料先均勻混合，再加入適量載體，使粉料均勻分散于載體中，然后再進行研磨，便獲得結(jié)構均勻的分散體系，即厚膜漿料。 印刷是厚膜漿料在基板上成膜的基本技術之一。厚膜中最常用的印刷是絲網(wǎng)印刷。 這種印刷技術先用絲綢、尼龍或不銹鋼絲編織成的網(wǎng)繃緊在框架上，再將刻有導體或電阻圖形的有機膜或金屬箔（稱掩模）貼到絲網(wǎng)上。印刷時，將基板放在絲網(wǎng)下面，而將漿料放在絲網(wǎng)上面，然后用橡膠或塑料制成的刮板以一定的速度和壓力在絲網(wǎng)上移動，使它通過掩模上的開孔圖形而漏印到基板上，于是在基板上便得到該漿料印出的所需圖形。 第三章 厚薄膜技術 印好的圖形要經(jīng)過“流延”，又稱“流平”一段時間，通常為 515分鐘。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)。 燒結(jié)也稱燒成，它是厚膜技術中的主要工序之一。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。 燒結(jié)過程的階段： 升溫、最高燒結(jié)溫度（或稱峰值溫度）的保溫和降溫三個階段 。 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。 第三章 厚薄膜技術 微調(diào)是厚膜元件燒結(jié)后，對其阻值或容量進行微量調(diào)整的一種方法。 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。 調(diào)整的方法：用噴砂或激光等方法來切割電阻或電容圖形，以改變他們的幾何尺寸。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。微調(diào)對電阻來說，通常是阻值上升，而電容器較多的是容量下降。 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。 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 厚膜材料包括基板、導體材料、電阻材料、介質(zhì)材料。 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 厚膜基板 陶瓷 金屬 樹脂 氧化鋁陶瓷基板 目前用的比較多的基板，它的主要成分是 Al2O3，基板中 Al2O3的含量通常為 %， Al2O3的含量愈高基板的性能愈好，但與厚膜的附著力較差，因此一般采用 9496% Al2O3的陶瓷。 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。所以國內(nèi)外也有采用 85%和 75% Al2O3陶瓷的，雖然它們的性能稍差些，但成本低，在一般的電路生產(chǎn)中可采用。 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，它是用來作多層布線用的。目前用的最多的主要是氧化鋁多層陶瓷基板。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。 印刷多層法 它是在生的氧化鋁陶瓷基板上印刷和干燥 Mo、 W等導體層，然后再其上印刷和干燥與基板成分相同的 Al2O3介質(zhì)漿料，反復進行這種工序到所需層數(shù)，再將這種基板在15001700的還原氣氛中燒成，基板燒成后，在導體部分鍍鎳、金以形成焊區(qū)，焊接外接元件。 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。 以下進行三種多層化方法的比較 第三章 厚薄膜技術 厚膜多層法 特點： 制造靈活性大，介質(zhì)漿料可以用多種成分，不一定用基板成分?？梢栽诳諝庵袩Y(jié)，溫度在 1000℃ 以下。 燒結(jié)后基板上的導體不需要電鍍，用金或銀 鈀可直接焊接。 基板內(nèi)部可以制作電阻、電容等厚膜元件。 制作過程容易實現(xiàn)自動化。 缺點： 制造很細的線（微細線）困難。因燒成的介質(zhì)上印導線容易滲開。 可焊性、密封性和散熱性沒其它二種好。 第三章 厚薄膜技術 印刷多層法和生片疊層法 二者是利用生片容易吸收漿料中的溶劑的特點來制造的，它們的 優(yōu)點 ： 線條不會滲開變粗，可以印出分辨率很高的微細線。 容易實現(xiàn)多層化，進行高密度布線。即層數(shù)可以制得很多，尤其是生片疊層法可以做到 30層以上。 導體和絕緣介質(zhì)燒成整體，密封性好，可靠性高。 基板只需一次燒成，導體采用 Mo、 W等賤金屬材料，因而成本低。 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。 三種多層化方法的比較 對厚膜導體的要求 1 導電率高，且與溫度的相關性小 2 附著力強 3 可焊性好，能重焊 4 抗焊料侵蝕 5 可熱壓焊合超聲焊 6 適合絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，多次燒結(jié)性能不變 7 不發(fā)生遷移現(xiàn)象，與其他元器件相容性好 8 資源豐富，成本低 厚膜導體與材料 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 Ag、 AgPd、 Cu、 Au等能較好地滿足上述要求，實際采用較多。 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。 焊接后的 Ag厚膜導體，隨時間加長及溫度上升，其與基板的附著強度下降。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。為了防止或減少 Ag3Sn的發(fā)生，或者使 Ag膜加厚，或者在 Ag上電鍍 Ni。 Ag導體的最大缺點是容易發(fā)生遷移。這是由于 Ag與基板表面吸附的水分相互作用， Ag＋ 與 OH生成 AgOH。 AgOH不穩(wěn)定，容易被氧化而析出 Ag，從而引起 Ag的遷移。為了抑制 Ag的遷移，一般都要在漿料中添加 Pd或 Pt。 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。因此， Ag/Pd比一般要控制在（ ： 1）～（ ： 1）。 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。在燒成過程中，部分 BiO2O3溶入玻璃中，在玻璃的相對成分增加的同時，它與 Al2O3基板發(fā)生如下反應： Al2O3+ Bi2O3→ 2（ BiAl ） 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。 焊接時要對膜加熱，加熱時間增加，金屬粒界與玻璃之間分散的 Bi2O3會發(fā)生如下還原反應： 2Bi2O3+3Sn→ 4Bi+3SnO2 使用 AgPd導體時，通常進行下述試驗： ①測定電阻值 （按需要有時也包括 TCR） ②浸潤性。測量導體膜上焊料液滴的展寬直徑。 ④遷移性。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。 ⑤結(jié)合強度。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)構等。 ⑥熱老化后的強度。焊接后，在 150℃ 下放置 48小時，測量導線的結(jié)合強度等。 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 AgPd 銀 鈀導體 與貴金屬相比，銅具有很高的電導率，可焊性、耐遷移性、耐焊料浸蝕性都好，而且價格便宜。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。此外在多層工程中與介質(zhì)體共燒時容易出現(xiàn)分層和微孔等。 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。這樣既可全部排除有機粘結(jié)劑，又可提高附著力、可焊性、電導等性能。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。兩步燒成法制成的 Cu厚膜可采用不含銀的 63Sn/37Pb焊接，導體的結(jié)合強度也很高。 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。先在 Al2O3上印刷 CuO漿料，干燥后，印刷硼硅酸玻璃（SiO3B2O3Al2Al3CaOMgO）絕緣體漿料，再干燥，干燥條件是 125℃ ， 10分鐘。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。 Cu 銅導體 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 在金漿料中有玻璃粘結(jié)型、無玻璃粘結(jié)型、混合型三種。 玻璃粘結(jié)劑將 Au與玻璃粉末分散于有機溶劑中制成的。但這種漿料再燒成時玻璃易浮到膜層表面，從而有使引線鍵合變難的傾向。 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。這種化合物與基板形成化學結(jié)合，也屬于不用玻璃粘結(jié)劑而實現(xiàn)導體膜與基板結(jié)合的漿料，但化合物生成溫度高是難點，為此，開發(fā)了加入玻璃及 Bi2O3等富于流動性的物質(zhì)，使燒成溫度降低的混合結(jié)合型漿料。 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。目前已有滿足電子工業(yè)領域各種不同要求的各類樹脂漿料。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。 金屬有機化合物漿料 （ metalloanic paste。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。MO 漿料） 第三章 厚薄膜技術 厚膜材料 樹脂漿料 優(yōu)點 1 便宜 2 所用設備投資少 3 可得到致密、均質(zhì)、平滑的膜層 4 可光刻制取細線 5 與電阻體、絕緣體的相容性好 缺點 1 對所用基板表面平滑性要求高 2 對基板表面及環(huán)境的清潔度要求高 3 由于膜層薄，故導體電阻大 厚膜電阻與材料 厚膜電阻與厚膜導體、厚膜基板一樣，也是厚膜電路發(fā)展最早，工藝最成熟、應用最廣泛的元件之一。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。目前，電阻漿料的方阻范圍很寬，從 1?/□～ 10M?/□，電性能也很好，因而可以用來制造所有阻值的厚膜電阻器，電性能和穩(wěn)定性都特別優(yōu)良。 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 厚膜電阻的結(jié)構是不均勻的相