材料合成與制備課件：第6章 厚膜制備及其元器件11（第一章）

第六章厚膜制備及其元器件

隨著電子信息技術(shù)向集成化、微型化和多功能化方向發(fā)展，電子元件也要實(shí)現(xiàn)微型化、多功能化、高穩(wěn)定和高速化，并滿足表面組裝技術(shù)（ＳＭＴ）的需要。以厚膜材料為基礎(chǔ)發(fā)展的表面組裝型厚膜電子元器件、多層疊片式元件、集成疊片式元件、多功能集成元件模塊等，已成為當(dāng)前電子元器件的主流產(chǎn)品，并正飛速發(fā)展。

絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷制膜技術(shù)被廣泛用于制備各種高精度、高密度雙面或多層印制電路扳（PCB，PrintedCircuitBoard）和表面組裝技術(shù)元件或表面貼裝技術(shù)元件（SMD,SurfaceMountDevice）。PCB制造技術(shù)涉及：阻焊油墨和標(biāo)記符號(hào)涂覆技術(shù)。銀漿或碳漿貫孔技術(shù)。碳膜PCB制造技術(shù)。多層板制造技術(shù)中導(dǎo)電膠或?qū)щ姖{絲網(wǎng)印刷技術(shù)。多層PCB制造技術(shù)中絲網(wǎng)印刷埋入式電阻制作技術(shù)。SMT技術(shù)中錫漿/模板高精度絲網(wǎng)印刷技術(shù)。

片式（表面組裝）元件多層片式元件的發(fā)展是為了滿足電子產(chǎn)品的集成化、微型化、智能化的發(fā)展要求，并滿足元件在組裝和運(yùn)用方式上的新變化而迅速發(fā)展的。片式電容、片式電感和片式電阻是應(yīng)用最為廣泛三大無(wú)源元件，已經(jīng)發(fā)展為規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)群。其他功能各異的片式電子元件如片式驅(qū)動(dòng)器、片式變壓器、片式電感器、片式天線、片式傳感器及片式換能器等發(fā)展也十分迅速。片式元件的發(fā)展是以流延技術(shù)和絲網(wǎng)印刷技術(shù)為基礎(chǔ)。General-purposeSMDHighlyintegrateddevicesandhigh-speed,high-efficiencydevices.Submicrontechnology/highlyintegrateddevices/multi-chipdevicesHighPerformancePackagesdesignedforboardspacesavingsandreducednumberofparts.Low-voltage,low-currentdevices.CompactandThinSizeLowPowerConsumption第一節(jié)厚膜制備技術(shù)厚膜制備技術(shù)包括：粉體的制備漿料的制備厚膜的制備厚膜的加工與組裝一、絲網(wǎng)印刷技術(shù)（ScreenPrinting）

絲網(wǎng)印刷是一種古老的印刷方法。其印刷的基本原理是：絲網(wǎng)印版的部分孔能夠透過(guò)油墨，漏印至承印物上；印版上其余部分的網(wǎng)孔堵死，不能透過(guò)油墨，在承印物上形成空白。

1－絲網(wǎng)印版；2－網(wǎng)框；3－刮板；4－油墨；5－印刷臺(tái)6－承印物；7－墨跡；8－印版與承印物間的間隙（1）絲網(wǎng)印刷工藝原理絲網(wǎng)印刷設(shè)備采用感光膜制版是當(dāng)前電子絲網(wǎng)印刷的主流。絲網(wǎng)印刷工藝（2）基片（板）片式電阻用基板厚膜電路用基板（3）厚膜導(dǎo)電材料厚膜導(dǎo)電材料主要有：AgAg-PdAg-PtAu-PdAu-PtAuCu導(dǎo)電材料的選用需考慮：導(dǎo)電性擴(kuò)散速度穩(wěn)定性可焊性價(jià)格厚膜電容介質(zhì)陶瓷玻璃復(fù)合介質(zhì)陶瓷粉末為主要材料，玻璃為黏合劑微晶玻璃（4）介質(zhì)材料（5）絲網(wǎng)印刷元件的制備實(shí)例Screenprintedresistorprocess二、壓印技術(shù)（PadPrintingTechnique）Basicelementsofatransferpadprintingmachine:siliconerubberpadortamponcliche(intaglio,inkableplate)inktraywithdoctorbladetransferpadcomesdownontotheclicheandrollsacrossthetransferpadpicksupthetackyinkfilmandalsosomeoftheliqiudinkunderneathduringthetransferthinnerevaporatesfromtheinkimagethepadcomesdownontothenonplanarsolarcellsurfaceandrollsacrossthepadreleasestheinkimageasitliftsuptheclicheisfloodedanddoctored,thinnerevaporatesfromtheinkandit’ssurfacebecomestacky壓印原理Basicelementsofarotarypadprintingmachine:siliconerubbertransfercylinderclichedruminkwellanddoctorblade三、流延技術(shù)（TapeCasting）Tapecastinghasbeenusedtoproducethinlayersofceramic-loadedpolymersthatcanbeusedassinglelayersorcanbestackedandlaminatedintomultilayeredstructures.Today,tapecastingisthebasicfabricationprocessthatprovidesthematerialswhicharethebackboneoftwo,multibillion-dollarindustries:multilayeredcapacitorsandmultilayeredceramicpackages.Inaddition,manystartupproductssuchasmultilayeredinductors,multilayeredvaristors,piezoelectrics,ceramicfuelcellsandlithiumionbatterycomponentsaredependentupontape-castingtechnology.AdvantageofTapeCastingThechiefadvantageofthetape-castingprocessisthatitisthebestmethodforcreatinglarge,thinandflatceramicormetallicparts.Suchpartsarevirtuallyimpossibletopress,anddifficult,ifnotimpossible,toextrude.Thesedifficultiesarecompoundedindrypressingwheretheplateistobepiercedwithnumerousholes,becauseoftheincreasedproblemofuniformdiefill.1.工藝原理Schematicdiagramofaformofthetapecastingprocess.Theparticulateslurryisdrawnoutbeneaththedoctorbladebytherelativemotionofthecarrierfilm.Theheightofthebladeabovethefilmcontrolsthethicknessofthetape.The-insetphotographshowsanend-onviewofthetapecasteratCranfieldshowingthebladeinpositionlyingonthecarrierfilm.Adoctorblade（刮刀）Adoctorbladeassembly.Theceramicslurryisheldinthereservoirbehindtheblade[middleofthemicrograph].Thetwinmicrometers[right]controlthebladeheightabovethecarrierfilm.Moresophisticatedversionsfeaturedoublebladesandpumpedmeteredslurryflowtokeeptheheightoftheslurryreservoirconstant.TapeCasting

Processing

（工藝過(guò)程）Theslipconsistingofwater,ceramicparticlesandbinder.Thecast,driedgreensheetThemicrostructureofthesinteredmaterial.2.流延設(shè)備Typicaltapecaster

3.

漿料的制備流延漿料有粉料、粘結(jié)劑和溶劑組成。粉料是厚膜形成的主體材料。粘結(jié)劑為易燃聚合物，常用的有：聚甲基丙烯甲酯(PMMA)聚苯乙烯(PS)聚乙烯(PE)聚醋酸乙烯酯(PVAC)聚氯乙烯(PVC)聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等。（2）溶劑溶劑的選擇：

(1)應(yīng)是該粘合劑所用聚合物的優(yōu)良溶劑。

(2)應(yīng)具有與流延成膜工藝相匹配的蒸發(fā)速度。

(3)應(yīng)與粘合劑中其他助劑有較好的相容性。

(4)溶劑應(yīng)為無(wú)毒或低毒,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,對(duì)人體無(wú)毒害?？焖僬舭l(fā)溶劑:丙酮100s

醋酸丁酯140s

丁酮145s中速蒸發(fā)溶劑:無(wú)水乙醇340s

異丙醇350s

醋酸乙丙酯530s4.厚膜生產(chǎn)AutomaticTapeCastingMachines流延膜Doublelayersiliconcarbidetapes(coarsesupport/membrane)GreenTape四、厚膜元件的制備Ceramictapeandvariousproductsmadefromit1.片式壓敏電阻器元件結(jié)構(gòu)

微觀結(jié)構(gòu)特征MethodsforManufacturingMultilayeredMonolithicCeramic

制備工藝疊片式元件制備工藝流程粉體制備流延漿體制備流延成膜內(nèi)電極印刷與疊層等靜壓層壓切割排塑燒成倒角上端面電極燒銀（表面處理→電鍍）分選編帶包裝工作原理

元件的封裝

片式壓敏電阻的應(yīng)用2.片式電容器元件結(jié)構(gòu)制備工藝

片式電容器封裝片式電容特征多層陶瓷電容器(MLCC)具有體積小、比電容高、絕緣電阻高及漏電流小、介質(zhì)損耗低和價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波和旁路電路，尤其是高頻電路。與其它電容器相比，MLCC特別適合于片式化表面組裝，可大大提高電路組裝密度，縮小整機(jī)體積，已經(jīng)成為世界上用量最大、發(fā)展最快的一種片式元件。3.多層片式電感器

電感器類型片式電感器結(jié)構(gòu)元件結(jié)構(gòu)環(huán)行導(dǎo)帶模板印刷疊層機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖制備工藝厚膜坯體采用低溫?zé)Y(jié)軟磁鐵氧體。線圈導(dǎo)帶采用Ag、Pd15Ag85、Au、Pd30Ag70、Pt等。落片、壓痕、穿孔在一個(gè)模具上實(shí)現(xiàn)。印刷、疊層可在多工位旋轉(zhuǎn)印刷迭合臺(tái)來(lái)完成，有微機(jī)控制。元件封裝4.多元陣列元件多元元件5.元件包裝元件包裝

元件包裝第二節(jié)厚膜元件發(fā)展趨勢(shì)更小的元件體積

Reductioninpackagedimensionsshouldcontinue,asfine-pitchcapabilityandmicroelectronicpackagingequipmentshouldimprovesubstantiallyby2010.更高的元件性能

Electronicpackagingmanufacturershavemadeinroadsintoimprovingsomeofthecharacteristicsofelectroniccomponents.R&Disfocusedonimprovingexistingpackages,suchasballgridarrays(BGA),chipscalepackages(CSP)andmulti-chipmodules(MCM).