第二章厚膜元件與材料 2 1厚膜基板2 2厚膜導(dǎo)體與材料2 3厚膜電阻及材料2 4厚膜介質(zhì)材料2 5厚膜鐵氧體磁性材料及厚膜電感器2 6其他厚膜材料 1 上課課件 2 1厚膜基板 一 基板的作用與要求1 作用承載作用 厚膜元件 外貼元器件 互連導(dǎo)體以及整個(gè)電路 絕緣作用 提供元器件之間的電絕緣 導(dǎo)熱 散熱作用 將元器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量即時(shí)散發(fā)出去 2 上課課件 3 上課課件 4 上課課件 2 要求基板的性能對(duì)厚膜元件和整個(gè)電路性能 工藝有很大的影響 特別在可靠性和工藝重現(xiàn)性等方面關(guān)系十分密切 基板要求 1 表面性能表面平整 光滑 具有適當(dāng)?shù)谋砻婀鉂嵍?2 電性能 v s高 tg 小 保證絕緣性能 5 上課課件 3 熱性能導(dǎo)熱性高基板的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與電路所用的材料相匹配 4 機(jī)械性能機(jī)械強(qiáng)度和硬度高 能經(jīng)受機(jī)械振動(dòng) 沖擊和熱沖擊良好的加工性能 切割 加工和鉆孔等 6 上課課件 5 化學(xué)性能化學(xué)穩(wěn)定性高 不受各種化學(xué)試劑和溶劑的影響 與電路材料有很好的相容性 6 其他性能耐高溫 經(jīng)受多次高溫?zé)Y(jié)不變形 成本要低 重量輕 7 上課課件 二 常用的基板材料 常用基板種類(lèi) 陶瓷基板 金屬 包括金屬芯型 基板 樹(shù)脂基板 8 上課課件 氧化鋁陶瓷基板 金屬基板 9 上課課件 樹(shù)脂基板 10 上課課件 1 陶瓷基板 優(yōu)點(diǎn) 耐高溫 1000 熱脹系數(shù)小 導(dǎo)熱性好 絕緣強(qiáng)度高 缺點(diǎn) 脆 易碎 種類(lèi) 氧化鋁陶瓷 Al2O3 氧化鈹 BeO 氮化鋁 AlN 碳化硅 SiC 多層陶瓷基板 11 上課課件 1 氧化鋁基板 主要成分Al2O3 Al2O3含量越高 基板性能 電性能 機(jī)械強(qiáng)度 表面光潔度等 越好 但燒結(jié)溫度高 價(jià)格貴 厚膜電路一般采用94 Al2O3瓷 晶粒尺寸3 5 m 85瓷和75瓷性能較前者稍差 但成本較低 所以目前國(guó)內(nèi)外也有采用 12 上課課件 氧化鋁基板的性能 13 上課課件 熱導(dǎo)率和氧化鋁含量的關(guān)系 14 上課課件 優(yōu)點(diǎn) 價(jià)格適中 各種性能基本滿足厚膜電路的要求 與厚膜混合集成電路相容性比較好 目前使用最廣泛 缺點(diǎn) 熱導(dǎo)率沒(méi)有氧化鈹基板 氮化鋁基板高 15 上課課件 2 氧化鈹基板 優(yōu)點(diǎn) 熱導(dǎo)率高 常溫下2 64J cm s 僅次于銀 銅 金與鋁相近 為氧化鋁的10倍 體積電阻率大 介電系數(shù)小 高頻下?lián)p耗小 適于高頻 大功率電路 能與大多數(shù)厚膜漿料相容 16 上課課件 缺點(diǎn) 粉末有毒 價(jià)格較貴 機(jī)械強(qiáng)度不如氧化鋁 如果不考慮成本和毒性 氧化鈹是一種理想的基片材料 17 上課課件 氧化鈹 基板的性能 18 上課課件 氧化鈹陶瓷有負(fù)的電阻率溫度系數(shù) 99 5 氧化鈹電阻率與溫度的關(guān)系 19 上課課件 20 上課課件 3 氮化鋁基板是一種新型陶瓷基板 優(yōu)點(diǎn) 熱導(dǎo)率高 與99 5 BeO陶瓷大致相同 為氧化鋁的8 10倍 熱導(dǎo)率與溫度的關(guān)系比氧化鈹瓷小 抗彎強(qiáng)度大 硬度小 機(jī)械加工比較容易 抗彎強(qiáng)度比氧化鋁大但硬度僅為氧化鋁的一半 21 上課課件 熱脹系數(shù)比氧化鈹小 4 4ppm 與Si接近 這有利于組裝大規(guī)模IC芯片 與Au Ag Pd和Cu漿料的相容性較好 可作高頻 大功率電路基板 還適于高密度 大功率的微波電路以及大規(guī)模厚膜IC 缺點(diǎn) 成本高 對(duì)雜質(zhì)含量敏感 22 上課課件 氧化鋁 氧化鈹 氮化鋁基板性能比較 23 上課課件 氧化鋁 氮化鋁 氧化鈹?shù)臒釋?dǎo)率與溫度的關(guān)系 24 上課課件 幾種陶瓷基板熱膨脹系數(shù)的比較 25 上課課件 4 碳化硅基板 以 SiC為主 摻以微量BeO 0 1 0 35 的新型基板 優(yōu)點(diǎn) 熱導(dǎo)率是金屬鋁的1 2倍 比BeO瓷還要高 從熱擴(kuò)散系數(shù) 熱容量看該基板傳熱比Cu還要好 SiC基板的抗彎強(qiáng)度為44100N 2與氧化鋁相近 26 上課課件 熱脹系數(shù)與單晶硅幾乎相同 所以適合組裝大規(guī)模IC芯片 缺點(diǎn)體積電阻率比氧化鋁和氧化鈹?shù)?介電系數(shù)高 因此高頻性能不如氧化鋁 27 上課課件 新型SiC陶瓷與其它材料的性能比較 28 上課課件 5 多層陶瓷基板 為了提高組裝密度 使電路高密度化 小型化 高速化而研制的陶瓷基板 多為氧化鋁瓷 多層化的方法有三種 29 上課課件 a 厚膜多層法 在氧化鋁基板上交替印燒導(dǎo)體 Au Ag Pd等 和介質(zhì)漿料 特點(diǎn) 制造靈活性大 可在空氣中燒結(jié) 溫度 1000 層內(nèi)含電阻 電容等 制造過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 缺點(diǎn) 制作微細(xì)線困難 層數(shù)也不能太多 可焊性 密封性不如其它二種方法 30 上課課件 厚膜電路底層布圖 厚膜電路介質(zhì)層布圖 31 上課課件 厚膜電路頂層布圖 32 上課課件 b 印刷多層法 將與生基板成分相同的氧化鋁制成漿料 交替在氧化鋁基板上印刷和干燥Mo W等導(dǎo)體以及氧化鋁介質(zhì)漿料 此時(shí)各層間的印刷導(dǎo)體就可以通過(guò)層間的通孔實(shí)現(xiàn)層間連接 在1500 1700 的還原氣氛中燒成 在燒成導(dǎo)體部分鍍Ni Au形成焊接區(qū) 33 上課課件 c 生基板疊層法 在生基板上沖好通孔 在生基板上印刷Mo W等導(dǎo)體 重疊所需層數(shù) 在490 1470N cm2壓力和80 150 下疊壓 在1500 1700 的還原氣氛中燒成 在燒結(jié)過(guò)程中 薄片里的SiO2 CaO MgO擴(kuò)散到導(dǎo)體層中形成中間層 從而可得牢固的結(jié)合強(qiáng)度 34 上課課件 優(yōu)點(diǎn) 后兩種二種方法 利用生基板有柔軟性 容易吸收有機(jī)溶劑的特性 可印出高分辨率的微細(xì)線 容易實(shí)現(xiàn)多層化和高密度布線 由于導(dǎo)體和絕緣層燒結(jié)成整體 所以密封性好 可靠性高 缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)靈活性不如厚膜多層法 燒結(jié)溫度也偏高 35 上課課件 2 金屬基板 陶瓷基板缺點(diǎn) 脆 易碎 不易制成大面積的基板 為此開(kāi)發(fā)了金屬基板 金屬基板 在金屬板 主要是鋼板和鋁板 上涂復(fù)絕緣膜而成 36 上課課件 金屬鋁基板 37 上課課件 優(yōu)點(diǎn) 價(jià)格比陶瓷低 散熱性良好 加工和成形簡(jiǎn)單 可用于通孔連接 缺點(diǎn) 通孔周?chē)突暹吘壍挠詫訒?huì)凸起 影響印刷 釉層中的堿離子也會(huì)發(fā)生遷移 工作溫度低600 分類(lèi) 38 上課課件 1 涂釉鋼板低碳鋼上涂敷玻璃釉層 850 燒成 39 上課課件 2 金屬芯基板 40 上課課件 3 襯銅金屬基板 41 上課課件 4 絕緣金屬基板 IMST基板 42 上課課件 3 樹(shù)脂基板分類(lèi) 硬質(zhì)樹(shù)脂基板柔性樹(shù)脂基板硬質(zhì)板的主要材料 紙酚醛樹(shù)脂 紙環(huán)氧樹(shù)脂 玻璃環(huán)氧樹(shù)脂 柔性板主要材料 聚酯 聚酰亞胺 玻璃環(huán)氧樹(shù)脂等 43 上課課件 44 上課課件 優(yōu)點(diǎn) 加工簡(jiǎn)便 成本低 可電鍍制作細(xì)線 適于自動(dòng)化生產(chǎn) 缺點(diǎn) 耐熱性差 熱沖擊性差 高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性差 4