集成電路芯片封裝技術(shù)第三章 厚薄膜技術(shù)

1、第三章 厚/薄膜技術(shù) 第三章 前課回顧 1.1.芯片互連技術(shù)的分類芯片互連技術(shù)的分類 2.wb2.wb技術(shù)、技術(shù)、tabtab技術(shù)與技術(shù)與fcbfcb技術(shù)的概念技術(shù)的概念 3.3.三種芯片互連技術(shù)的對(duì)比分析三種芯片互連技術(shù)的對(duì)比分析 第三章 芯片互連技術(shù)對(duì)比分析 第三章 厚膜技術(shù)簡(jiǎn)介厚膜技術(shù)簡(jiǎn)介 主要內(nèi)容 厚膜導(dǎo)體材料厚膜導(dǎo)體材料 第三章 膜技術(shù)簡(jiǎn)介膜技術(shù)簡(jiǎn)介 厚膜（厚膜（thick filmthick film）技術(shù)和薄膜技術(shù)（）技術(shù)和薄膜技術(shù)（thin filmthin film）是）是 電子封裝中的重要工藝技術(shù)，統(tǒng)稱為膜技術(shù)。電子封裝中的重要工藝技術(shù)，統(tǒng)稱為膜技術(shù)?？捎靡灾谱骺捎靡灾谱?

2、電阻、電容或電感等無(wú)源器件，也可以在基板上制成布線電阻、電容或電感等無(wú)源器件，也可以在基板上制成布線 導(dǎo)體和各類介質(zhì)膜層以連接各種電路元器件，從而完成混導(dǎo)體和各類介質(zhì)膜層以連接各種電路元器件，從而完成混 合（合（hybridhybrid）集成電路電子封裝。）集成電路電子封裝。 第三章 厚膜技術(shù)厚膜技術(shù) 厚膜技術(shù)是采用絲網(wǎng)印刷、干燥和燒結(jié)等工藝，將傳 統(tǒng)無(wú)源元件及導(dǎo)體形成于散熱良好的陶瓷絕緣基板表面,并 用激光處理達(dá)到線路所需之精密度, 再采用smt技術(shù), 將ic 或其他元器件進(jìn)行安裝, 構(gòu)成所需要的完整線路, 最后采 用多樣化引腳和封裝方式, 實(shí)現(xiàn)模塊化的集成電路厚 膜混合集成電路（hic，h

3、ybrid integrated circuit）。 厚膜印刷所用材料是一種特殊材料漿料，而薄膜 技術(shù)則是采用鍍膜、光刻和刻蝕等方法成膜。 第三章 較之普通pcb，厚膜電路在散熱性和穩(wěn)定性方面優(yōu) 勢(shì)明顯；而且，比普通pcb能更適應(yīng)環(huán)境。 由于汽車電子產(chǎn)品所處環(huán)境通常都比較苛刻（不 包括車內(nèi)影音娛樂(lè)系統(tǒng)），比如動(dòng)力控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng) 系統(tǒng)，所處環(huán)境高溫、高濕、大功率、高振動(dòng)等。普 通pcb無(wú)法滿足這些環(huán)境條件需求時(shí)，厚膜電路就會(huì)體 現(xiàn)出它的價(jià)值?；诤衲る娐吩诟邷亍⒏邏?、大功率 的應(yīng)用中有極大的優(yōu)勢(shì)。一般主要應(yīng)用在汽車電子、 通訊系統(tǒng)領(lǐng)域、航空航天及一些軍工領(lǐng)域。 厚膜電路特點(diǎn)及應(yīng)用厚膜電路特點(diǎn)及應(yīng)

4、用 第三章 所有厚膜漿料通常有兩個(gè)共性： 一、適于絲網(wǎng)印刷的具有非牛頓流變能力的黏性流體； 二、有兩種不同的多組分相組成，一個(gè)是功能相，提供 最終膜的電和力學(xué)性能，另一個(gè)是載體相（粘合劑），提供 合適的流變能力。 厚膜漿料厚膜漿料 第三章 牛頓流體指剪切應(yīng)力與剪切變形速率成線性關(guān)系，即在 受力后極易變形，且剪切應(yīng)力與變形速率成正比的低粘 性流體。凡不同于牛頓流體的都稱為非牛頓流體。 牛頓內(nèi)摩擦定律表達(dá)式：= 式中：-所加剪切應(yīng)力； -剪切速率（流速梯度）； -度量液體粘滯性大小的物理量黏度， 其物理意義是產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力。 服從牛頓內(nèi)摩擦定律的流體稱為牛頓流體。 牛頓流體和非牛

5、頓流體牛頓流體和非牛頓流體 第三章 厚膜多層制作步驟厚膜多層制作步驟 第三章 厚膜漿料厚膜漿料 厚膜漿料可分為聚合物厚膜、難熔材料厚膜和金屬陶 瓷厚膜；其中，難熔材料厚膜是特殊一類金屬陶瓷厚膜， 需要在較之傳統(tǒng)金屬陶瓷材料更高的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。 聚合物厚膜材料：包含帶有導(dǎo)體、電阻或絕緣顆粒的 聚合物材料混合物，通常在85-300攝氏度范圍內(nèi)固化。聚 合物導(dǎo)體主要是c和ag，常用于有機(jī)基板材料上。 金屬陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金屬的混合物，通常在 850-1000攝氏度的范圍內(nèi)燒結(jié)。 第三章 傳統(tǒng)厚膜漿料的主要成分傳統(tǒng)厚膜漿料的主要成分 傳統(tǒng)的金屬陶瓷厚膜漿料具有四種主要成分： 有效物質(zhì)決定膜功能

6、粘結(jié)成分提供膜與基板間的粘結(jié)以及使有效物 質(zhì)保持懸浮狀態(tài)的基體； 有機(jī)粘結(jié)劑提供絲網(wǎng)印刷時(shí)的合適流動(dòng)性能； 溶劑或稀釋劑決定運(yùn)載劑的粘度 第三章 傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分有效物質(zhì)有效物質(zhì) 漿料中的有效物質(zhì)決定燒結(jié)膜的電性能，如果是金屬 則燒結(jié)膜是導(dǎo)體，如果是金屬氧化物則是一種電阻；如果 有效物質(zhì)是一種絕緣材料，則燒結(jié)后的膜是一種介電體， 有效物質(zhì)一般以粉末形式出現(xiàn)，顆粒尺寸為1-10um，平均 粒徑約5um。 通常情況下介電體是絕緣體，在外加一定強(qiáng)度電場(chǎng)的 情況下，會(huì)導(dǎo)致電擊穿成為導(dǎo)電材料，常用于制作電容器。 第三章 傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分粘結(jié)

7、成分粘結(jié)成分 粘接成分：主要有兩類物質(zhì)用于厚膜與基板的粘接： 玻璃材料和金屬氧化物，可以單獨(dú)使用或者一起使用。 玻璃材料粘接機(jī)理： 【與基板中的玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)】和【玻璃態(tài)物質(zhì)熔融流 入基板不規(guī)則表面】 玻璃粘結(jié)的不足？玻璃粘結(jié)的不足？ 物理過(guò)程因存在熱循環(huán)和熱儲(chǔ)存而退化 燒結(jié)玻璃材料表面存在玻璃相，影響后續(xù)組裝工藝。 第三章 傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分粘結(jié)成分粘結(jié)成分 金屬氧化物粘接機(jī)理： 金屬cu和cd（鎘）與漿料混合，發(fā)生基板表面氧化反 應(yīng)生成氧化物，金屬與氧化物粘結(jié)并通過(guò)燒結(jié)結(jié)合在一起。 金屬氧化物粘結(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)？金屬氧化物粘結(jié)的優(yōu)缺點(diǎn)？ 玻璃-氧化物粘接機(jī)理： 氧

8、化物一般為氧化鋅或氧化鈣，低溫下可發(fā)生反應(yīng)， 克服了上述兩種粘結(jié)劑的缺點(diǎn)，稱之為混合粘結(jié)系統(tǒng)。 第三章 傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘結(jié)劑 有機(jī)粘接劑通常是一種觸變的流體，作用： 可使有效物質(zhì)和粘接成分保持懸浮態(tài)直到膜燒制 完成； 可為漿料提供良好的流動(dòng)特性以進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。 有機(jī)粘結(jié)劑不揮發(fā)，但在高溫下趨于燒盡，粘結(jié) 劑在燒結(jié)過(guò)程中必須被完全氧化，不能存在有影響膜 的殘余物質(zhì)（c）存在。 氮?dú)庵袩Y(jié)的有機(jī)載體必須發(fā)生分解和熱解聚。 第三章 傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分溶劑或稀釋劑溶劑或稀釋劑 自然形態(tài)的有機(jī)粘結(jié)劑太粘稠不能進(jìn)行絲網(wǎng)印刷， 需

9、要使用溶劑或稀釋劑，稀釋劑比粘結(jié)劑較容易揮發(fā)， 在大約100以上就會(huì)迅速蒸發(fā)，典型材料是萜品醇、 丁醇和某些絡(luò)合的乙醇； 溶劑或稀釋劑用于燒結(jié)前的有機(jī)粘結(jié)劑的稀釋， 烘干和燒結(jié)時(shí)揮發(fā)掉。 第三章 配制漿料時(shí)，須將各成分按一定比例充分混合。制 造過(guò)程開始于粉末態(tài)的物質(zhì)，通過(guò)從化學(xué)溶液中沉淀出 來(lái)的金形成的金粉末與細(xì)篩的玻璃粉混合，加入運(yùn)載劑 （由適當(dāng)?shù)娜軇?、增稠劑或膠混合）后用球磨機(jī)使混合 物充分混合來(lái)減小玻璃料和其他脆性材料的顆粒尺寸， 最后由三輥軋膜機(jī)將漿料的組分彌散開，保證顆粒尺寸 均勻。 厚膜漿料的制備厚膜漿料的制備 第三章 球磨設(shè)備和臨界速率球磨設(shè)備和臨界速率 第三章 厚膜漿料的參數(shù)：

10、 粒度（fog 細(xì)度計(jì)測(cè)量） 固體粉末百分比含量（400煅燒測(cè)量） 粘度（錐板或紡錘粘度計(jì)測(cè)量）。 厚膜漿料的參數(shù)厚膜漿料的參數(shù) 為適應(yīng)絲網(wǎng)印刷，漿料需具有下述特性： 【流體比須具有一個(gè)屈服點(diǎn)】印刷后靜止不流動(dòng)，流動(dòng)最 小壓力遠(yuǎn)大于重力 【流體應(yīng)具有某種觸變性】剪切速率影響流體流動(dòng)性 【流體應(yīng)具有某種程度滯后作用】粘度隨壓力降低而增加 第三章 厚膜導(dǎo)體在混合電路中實(shí)現(xiàn)的功能：厚膜導(dǎo)體在混合電路中實(shí)現(xiàn)的功能： 【提供電路節(jié)點(diǎn)間的導(dǎo)電布線功能提供電路節(jié)點(diǎn)間的導(dǎo)電布線功能】 【提供后續(xù)元器件焊接安裝區(qū)域提供后續(xù)元器件焊接安裝區(qū)域】 【提供電互連：元器件、膜布線和更高級(jí)組裝互連提供電互連：元器件、膜布線和更高級(jí)組裝互連】 【提供厚膜電阻的端接區(qū)提供厚膜電阻的端接區(qū)】 【提供多層電路導(dǎo)體層間的電氣連接提供多層電路導(dǎo)體層間的電氣連接】 厚膜導(dǎo)體材料厚膜導(dǎo)體材料 第三章 厚膜導(dǎo)體材料基本類型： 可空氣燒結(jié)厚膜導(dǎo)體：主要是指不容易形成 氧化物的金屬材料(au和ag等） 可氮?dú)鉄Y(jié)厚膜導(dǎo)體：通常是指在部分低含