1、厚膜技術(shù),任課教師：王鳳江,厚膜技術(shù),厚膜混合電路與厚膜元器件,3. 厚膜技術(shù),3.1 厚膜混合電路定義 3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝 3.3 厚膜漿料的關(guān)鍵參數(shù) 3.4 不同的厚膜材料 3.4.1 厚膜導(dǎo)體材料 3.4.2 厚膜介質(zhì)材料 3.4.3 釉面材料 3.4.4 功能厚膜材料 3.4.5 厚膜電阻,3.1 厚膜混合電路定義,厚膜混合電路是以陶瓷作為線路的基板，將導(dǎo)體網(wǎng)路及主（被）動元件（如R，IC，Diode，Cap，Inductors，ASIC等）利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，印于基板表面，通過互連封裝作業(yè)連接輸出引腳，而形成一個功能完整，保密性高的應(yīng)用IC, 我們通稱為厚膜混合電路(T

2、hick Film Hybrid Circuit).,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.1 厚膜漿料的特性及分類,流體類型,觸變性,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.1 厚膜漿料的共性及分類 金屬陶瓷厚膜 難熔材料厚膜（還原氣氛，高溫） 聚合物厚膜 （有機基板）,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的原材料 有效物質(zhì)； 粘貼成分； 有機粘貼劑； 溶劑或稀釋劑.,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的原材料 有效物質(zhì):功能性顆粒 粒徑：1-10m; 形貌：球狀，圓片狀等,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的原材料

3、粘貼成分：玻璃（鉛硼硅玻璃）和金屬氧化物； 作用： 提供物理化學(xué)結(jié)合； 提供功能相顆粒保持接觸；,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的原材料 有機粘貼劑：具有觸變性流體； 乙基纖維素和各種丙烯酸樹脂； 作用： 使功能顆粒與粘貼成分保持懸?。?賦予良好流動性及可印刷性.,溶劑及稀釋劑：松油醇，丁醇，增塑劑表面活性劑 作用：調(diào)整粘度，易于印刷；,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的制備工藝,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的制備工藝,3.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的制備工藝,所用球磨介質(zhì)為2mm瑪瑙球,3

4、.2 厚膜漿料的原材料及制備工藝,3.2.2 厚膜漿料的制備工藝,三輥研磨機,3.3 厚膜漿料的關(guān)鍵參數(shù),3.3.1 顆粒粒度,3.3 厚膜漿料的關(guān)鍵參數(shù),3.3.2 粘度與TI因子,粘度單位換算：厘泊（cP），1cP=1000Pa.S,3.3 厚膜漿料的關(guān)鍵參數(shù),3.3.2 固含量 功能相與黏貼成分的質(zhì)量與漿料總質(zhì)量的比值。 作用： 保證燒成厚膜的密實度及性能可靠性； 使?jié){料具有良好的流動性，進而保證印刷質(zhì)量,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 厚膜導(dǎo)體材料 實現(xiàn)的功能： （1）在電路節(jié)點之間提供導(dǎo)電布線； （2）提供多層電路導(dǎo)體層之間的電連接； （3）提供端接區(qū)以連接厚膜電阻； （4）提供

5、元器件與膜布線以及更高一級組裝的電互連； （5）提供安裝區(qū)域，一邊安裝元器件.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 厚膜導(dǎo)體材料 厚膜導(dǎo)體中的導(dǎo)體材料分貴金屬和賤金屬，厚膜與基板的 附著力或由導(dǎo)體金屬自身的化學(xué)結(jié)合來實現(xiàn)，或由導(dǎo)體中添 加的百分之幾的玻璃來實現(xiàn). 金屬要求：電導(dǎo)率高，且與溫度的相關(guān)性??； 與介電體及電阻體相容性好，不發(fā)生遷移現(xiàn)象； 可以焊接及引線鍵合；不發(fā)生焊接浸蝕； 資源豐富，價格便宜；,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 厚膜導(dǎo)體材料 金導(dǎo)體：不易氧化，可用于高可靠性場合，如軍事、醫(yī)學(xué)等 金易于與錫合金化，并融入其中，形成金屬間化合物，因此金常與鉑或者鈀預(yù)先形成化合物以防止

6、與錫作用。 銀導(dǎo)體：最大的特點是電導(dǎo)率高，最大的缺點是易遷移； 利用鈀和鉑同樣可使銀的遷移速率降低（4：1）,3.4 不同的厚膜材料,3.4.1 厚膜導(dǎo)體材料 銅導(dǎo)體：具有很高的電導(dǎo)率、可焊接、耐遷移性、耐焊料浸蝕性都好，而且價格便宜，但是Cu容易氧化，氧含量應(yīng)控制在幾個ppm以下.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.2 厚膜介質(zhì)材料 HK介電體:K值在數(shù)百以上，主要用于厚膜電容器的介電質(zhì)， BaTiO3為主要成分,但燒成體為多孔質(zhì)，耐濕性差。目前隨著助燒劑的改進，HK介電體又取得了重大進展； LK介電體:K值一般在10以下，多用于表面鈍化、交叉絕緣層、多層布線絕緣層以及低容量電容器等。主要有兩

7、類即非晶玻璃系列和晶態(tài)系列的介電體.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.3 釉面材料 可在較低溫度下燒結(jié)的非晶玻璃（550）. 作用：提供機械、化學(xué)以及電氣保護； 阻擋焊料散布； 改善厚膜電阻調(diào)阻后的穩(wěn)定性.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.4 功能厚膜材料,傳感器功能元器件,燃油傳感器陶瓷電路板,電子回路功能元器件,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的結(jié)構(gòu),3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工

8、藝,印刷正導(dǎo)與背導(dǎo) 所用基板為96%氧化鋁基板,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,印刷電阻層,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,印刷G1即釉面材料,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻,激光調(diào)阻,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,印刷G2,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,印刷mark,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,磁控濺射測導(dǎo),3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,電鍍鎳、錫,3.4 不同的厚膜

9、材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,絲網(wǎng)印刷的原理,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,絲網(wǎng)材料 尼龍絲網(wǎng)-油墨透過性好；可使用粘度大及顆粒大的油墨；有適當?shù)娜彳浶?，對承印物的適應(yīng)性好；拉伸強度及耐摩擦性好，使用壽命長；耐酸堿和化學(xué)溶劑。 金屬絲網(wǎng)-圖形尺寸穩(wěn)定，實用于印刷高精度線路；耐堿性及抗拉強度很好，耐熱性強。 聚酯絲網(wǎng)-彈性強，耐酸性很好；吸濕性低，耐熱性較尼龍強，尺寸穩(wěn)定性好。,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,燒結(jié)是實現(xiàn)漿料功能十分重要的制程 關(guān)鍵點： 溫度曲線 燒結(jié)氣氛,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5

10、厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,氣流量的計算 排焦氣流:由PLAWS公式計算 燒結(jié)氣流：1.3倍排膠氣流 抽出氣流：足夠抽出排膠和燒結(jié)產(chǎn)生的廢氣，由煙霧試驗決定 入口和出口:輕微正壓，提供風(fēng)簾，由煙霧試驗決定 排膠氣流的計算公式：V = PLAWS l/min V：排膠氣流所需的量: l/min P：漿料印刷面積占基片面積的比率: L：爐子負載因子，單位面積爐帶上基片的面積: A：印刷后單位面積漿料排膠所需的氣流，為常數(shù)0.4 l/cm2 W：爐帶寬度: S：爐帶速

11、度:,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的制備工藝,燒結(jié)氣流不足的影響,電阻率高（燒結(jié)不好）； 表面粗糙（燒結(jié)不好）； 表面發(fā)黑，無光澤（表面受污染）； 可焊性差（表面受污染）； 附著力低； 耐焊性差； 引線不容易粘連上； 不規(guī)則的TCR值.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻所用漿料 1945, Centralab, carbon black resin +Ag; 1959, Dupont Corp, Ag-Pd. 1960s, Dupont Corp, RuO2-based conductive phase.,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜

12、電阻 厚膜電阻所用漿料,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的性能 電阻溫度系數(shù)：TCR=(R2-R1)/R1（T2-T1） 熱端TCR（25-125） 冷端TCR（-55-25 ）,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的性能 電阻電壓系數(shù) VCR= =(R2-R1)/R1（V2-V1） 因電阻漿料中半導(dǎo)體的存在，隨著電壓的增加，電阻下 降，因此，VCR均具有負值； VCR與電阻的長度有關(guān).,3.4 不同的厚膜材料,3.4.5 厚膜電阻 厚膜電阻的性能 電阻噪聲來源： 熱噪聲：由于熱引起電子在能級之間隨機躍遷的結(jié)果； 與頻率無關(guān)，為白噪聲； 電流噪聲：材料里邊界之間的能級突變，屬于正比1/f頻譜。 理論上：高值電阻比低值電阻具有更高的噪聲電平； 大面積電阻具有很低的噪聲電平； 較厚的電阻具有較低的噪聲電平.,3.4 不同的厚膜