電子封裝第三章

電子封裝第三章第1頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章薄膜材料與工藝1、電子封裝中至關重要的膜材料及膜技術1.1薄膜和厚膜1.2膜及膜電l路的功能1.3成膜方法1.4電路圖形的形成方法1.5膜材料2、薄膜材料2.1導體薄膜材料2.2電阻薄膜材料2.3介質薄膜材料2.4功能薄膜材料第2頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術薄膜和厚膜電子封裝過程中膜材料與膜技術的出現(xiàn)及發(fā)展，源于與電器、電子裝置設備向高性能、多功能、高速度方向發(fā)展及信息處理能力的急速提高系統(tǒng)的大規(guī)模、大容量及大型化要求構成系統(tǒng)的裝置、部件、材料等輕、薄、短、小化晶體管普及之前真空電子管的板極、柵極、燈絲等為塊體材料，電子管插在管座上由導管連接，當時并無膜可言20世紀60年代，出現(xiàn)薄膜制備技術在紙、塑料、陶瓷上涂刷乃至真空蒸鍍、濺射金屬膜，用以形成小型元器件及電路等進入晶體管時代從半導體元件、微小型電路到大規(guī)模集成電路，膜技術便成為整套工藝中的核心與關鍵。第3頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術薄膜和厚膜與三維塊體材料比較：一般地，膜厚度很小，可看作二維膜又有薄膜和厚膜之分經(jīng)典分類：<１μｍ——薄膜，>１μｍ——厚膜制作方法分類：塊體材料制作的（如經(jīng)軋制、錘打、碾壓等）——厚膜膜的構成物一層層堆積而成——薄膜。膜的存在形態(tài)分類：只能成形于基體之上的——薄膜（包覆膜）沉積膜——基體表面由膜物質沉積析出形成化合形成膜——通過對基體表面進行化學處理形成，在物理沉積過程中伴隨有表面參與的化學反應第4頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術薄膜、厚膜區(qū)分通常無實際意義針對具體膜層形成方法膜層材料界面結構結晶狀態(tài)晶體學取向微觀組織各種性能和功能進行研究更有用電子封裝工程涉及膜層：膜厚１μｍ～數(shù)百微米按膜層的形成方法：真空法(干式)和溶液法(濕式)沉積得到的膜層——薄膜，為數(shù)微米漿料印刷法形成的膜層——厚膜，前者膜厚多，厚～200微米第5頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜的真空沉積法優(yōu)點可以得到各種材料的膜層鍍料氣化方式很多（如電子束蒸發(fā)、濺射、氣體源等），控制氣氛還可以進行反應沉積通過基板、鍍料、反應氣氛、沉積條件的選擇，可以對界面結構、結晶狀態(tài)、膜厚等進行控制，還可制取多層膜、復合膜及特殊界面結構的膜層等。由于膜層表面精細光潔，故便于通過光刻制取電路圖形可以較方便地采用光、等離子體等激發(fā)手段，在一般的工藝條件下，即可獲得在高溫、高壓、高能量密度下才能獲得的物質真空薄膜沉積涉及從氣態(tài)到固態(tài)的超急冷（過程，因此可以獲得特異成分、組織及晶體結構的物質由于在ＬＳＩ工藝中薄膜沉積及光刻圖形等已有成熟的經(jīng)驗，很便于在電子封裝工程中推廣第6頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月厚膜的絲網(wǎng)印刷法有優(yōu)點通過絲網(wǎng)印刷，可直接形成電路圖形膜層較厚，經(jīng)燒結收縮變得致密，電阻率低，容易實現(xiàn)很低的電路電阻導體層、電阻層、絕緣層、介電質層及其他功能層都可以印刷成膜容易實現(xiàn)多層化，與陶瓷生片共燒可以制取多層共燒基板設備簡單，投資少第7頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術

膜及膜電路的功能電氣連接印制線路板（ＰＷＢ）的發(fā)明，使電路以膜的形式與基板作成一體，元器件搭載在基板上并與導體端子相連接，這對于整個系統(tǒng)的小型化、高性能、低功耗、高可靠性及經(jīng)濟性等方面都有重大貢獻三維立體布線方式的ＰＷＢ多層板、陶瓷多層共燒基板、積層多層板、復合多層板的出現(xiàn)，對于提高封裝密度起著十分關鍵的作用第8頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月元件搭載芯片裝載在封裝基板無論采用引線鍵合方式還是倒裝片方式都離不開焊盤元器件搭載在基板上特別是ＬＳＩ封裝體實裝在基板上，無論采用ＤＩＰ、ＳＭＴ、ＣＯＸ、ＭＣＭ等哪種方式，都離不開導體端子焊盤，端子都是膜電路的一部分。在許多情況下，引線端子節(jié)距的大小以及引線端子的排列方式是決定封裝類型及封裝密度的關鍵因素批量生產(chǎn)ＱＦＰ來說，最小端子節(jié)距的界限為０.３ｍｍ，若低于此，則操作難度太大，成品率太低第9頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月元件搭載

想提高封裝密度，需要由四側引出端子的ＱＦＰ方式轉變?yōu)槠矫骊嚵胁贾枚俗拥模拢牵练绞竭@樣，端子節(jié)距提高（１.０ｍｍ，１.５ｍｍ）的同時，反而降低了實裝密度對ＢＧＡ來說，端子節(jié)距由１.５ｍｍ降為１.０ｍｍ，實裝面積可減小到１／（１.５×１.５）＝１／２.２５第10頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月特殊功能泛指除電氣連接、元件搭載、表面改性以外的所有其他功能涉及電阻膜、絕緣膜、介電質膜等以LCD（液晶顯示器）中所采用的ＴＦＴ（薄膜三極管）玻璃復合基板為例玻璃基板分前基板和后基板兩塊前基板：形成偏光膜、濾色膜、ITO膜，后基板上形成TFT、ITO膜、金屬布線及絕緣膜等液晶夾于二者之間受TFT控制的非晶硅（a－Si）圖像傳感器按陣列布置在后基板上，并由Cr／a－Si/ITO構成Cr肖特基二極管布置在ITO膜上與驅動器相連接的布線導體要通過Cr/Al實現(xiàn)多層化，以降低布線電阻第11頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月表面改性與在LSI元件表面沉積SiO2、Si3N4等鈍化膜用于絕緣、保護類似電子封裝工程中也廣泛用膜層作表面改性金屬被釉基板、有機或無機絕緣層包覆的金屬芯基板塑料表面電鍍金屬以增加耐磨性、降低接觸電阻等，常用的方法有鍍銠、鍍金等第12頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術

成膜方法按干式和濕式對分類干式：PVD（物理氣相沉積）——真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍ＣＶＤ（化學氣相沉積）濕式：電鍍、化學鍍、陽極氧化、溶膠－凝膠、厚膜印刷法第13頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的成膜方法

真空蒸鍍及濺射法真空蒸鍍：是將鍍料在真空中加熱、蒸發(fā)，使蒸氣的原子或原子團在溫度較低的基板上析出形成薄膜的方法主要用于Au、Cu、Ni、Cr等導體材料及電阻材料成膜不同的鍍料及不同的沉積速率要選擇不同的加熱方法。濺射鍍膜：是將放電氣體導入真空，在輝光放電等離子體中產(chǎn)生的正離子加速轟擊處于陰極的靶材，使濺射出的原子沉積在基板上的方法從道理上講，這種方法可以在任何基板上沉積任何物質的薄膜，但一般多用于氧化物、氮化物等絕緣材料及合金材料的成膜第22頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的成膜方法

ＣＶＤ法泛指由氣態(tài)原料通過化學反應生成固體薄膜的沉積過程該反應可以是氣態(tài)化合物由基板表面向其內(nèi)部的擴散，氣態(tài)化合物與基板表面的反應，氣態(tài)化合物的分解，或者是氣態(tài)化合物之間的反應等這些反應的共同特點是，至少要有一種固態(tài)產(chǎn)物生成，并且以薄膜的形態(tài)沉積在基板表面上化合物蒸氣一般是常溫下具有較高蒸氣壓的氣體，多采用碳氫化物、氫氧化物、鹵化物、有機金屬化合物等ＣＶＤ法成膜材料范圍廣泛，除堿金屬、堿土金屬之外，幾乎所有材料均可以成膜，特別適用于絕緣膜、超硬膜等特殊功能膜的沉積第23頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的成膜方法

厚膜印刷法是按功能要求將金屬、金屬氧化物、玻璃粘結劑等的粉末同有機粘結劑、表面活性劑、有機溶劑等均勻混合，調制成符合絲網(wǎng)印刷要求的漿料，利用絲網(wǎng)印刷等工藝，在基板上印刷圖形，經(jīng)燒成，有機粘結劑揮發(fā)而成膜的方法特點：工藝簡單、設備投資少，在低價格的優(yōu)勢下可大量生產(chǎn)導體、電阻體、介電體等厚膜特別是可直接印刷電路圖形。第24頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的成膜方法

電鍍和化學鍍成膜是依靠電場反應，使金屬從金屬鹽溶液中析出成膜的方法電鍍促進電場析出的還原能量由外部電源提供化學鍍需添加還原劑，利用自分解而成膜電鍍或化學鍍成膜的特點可對大尺寸基板大批量成膜，與其他成膜方法相比，設備投資低需要考慮環(huán)境保護問題第25頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術

電路圖形的形成方法各種成膜方法形成的膜層，應用于電子工業(yè)（如電子元器件制造、電子封裝、平板顯示器），都需要形成電路圖形形成方法包括：有填平法、蝕刻法、掩模法、厚膜印刷（絲網(wǎng)印刷）法、噴沙法第26頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月填平法先將光刻膠涂敷（甩膠）或將光刻膠干膜貼附（貼膜）于基板表面，經(jīng)光刻形成“負”的電路圖形，即沒有電路的部分保留光刻膠以此負圖形為“模型”，在其槽中印入導電漿料或沉積金屬膜層，即所謂“填平”最后將殘留的光刻膠剝離缺點：采用印刷法填平時，導電膠膜中容易混入氣泡第27頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月蝕刻法化學蝕刻法：印刷電路圖形材料的漿料、燒成涂布光刻膠、電路圖形掩模曝光化學蝕刻去除部分光刻膠有機溶劑去除掉電路圖形不對應部分的電極材料問題使用有機溶劑，廢液處理比較困難有時線條會出現(xiàn)殘差（殘留）通常，不需要部位的電路圖形材料應完全去除實際上，電路圖形材料經(jīng)燒成、化學蝕刻形成圖形后，應該去除的部分往往不能完全去除掉，而是有一部分殘留下來第28頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月蝕刻法薄膜光刻法：用磁控濺射、真空蒸鍍等先在整個基板表面形成電路材料的薄膜光刻制取電路圖形可以獲得精細度很高的圖形所形成膜層的質量高膜厚可精確控制缺點：設備投資大工藝不容易掌握第30頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月掩模法工藝過程機械或光刻制作“正”掩模將掩模按需要電路圖形位置定位真空蒸鍍等方法成膜借助“正”的掩模，基板表面形成所需要的電路圖形優(yōu)點工序少、電路圖形精細度高缺點需要預先制作掩模有些薄膜沉積技術，如濺射鍍膜、離子鍍等，不便于掩模沉積第31頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月厚膜印刷法工藝過程通過網(wǎng)版在基板表面印刷厚膜導體漿料，形成與網(wǎng)版對應的圖形經(jīng)燒成法形成電路圖形特點漿料僅印刷在需要的部位，因此材料的利用率高印刷機的價格較低，可降低設備總投資缺點線條精細度差圖形分辨率低多次印刷難以保持圖形的一致性第32頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月噴沙法工藝過程：在基板全表面由電路圖形材料成膜在表面形成光刻膠圖形經(jīng)噴沙去除掉不需要的材料部分，保留光刻膠圖形覆蓋的部分剝離光刻膠后得到所需要的電路圖形優(yōu)點采用光刻制版技術，能形成精細的電路圖形缺點噴沙過程中會產(chǎn)生灰塵第33頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電子封裝工程中至關重要的膜材料及膜技術

膜材料下表列出與電子封裝工程相關的各類膜材料，同時給出用途、性質及成膜方法等第34頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜材料

導體薄膜材料材料的種類及性質導體薄膜的主要用途形成電路圖形，為半導體元件、半導體芯片、電阻、電容等電路搭載部件提供電極及相互引線，以及金屬化等為保證金屬—半導體間連接為歐姆接觸，要求：金屬與半導體的結合部位不形成勢壘對于ｎ型半導體，金屬的功函數(shù)要比半導體的功函數(shù)小對于ｐ型半導體，與上述相反金屬與半導體結合部的空間電荷層的寬度要盡量窄，電子直接從金屬與半導體間向外遷移受到限制等第41頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料導體薄膜材料電阻薄膜材料介質薄膜材料功能薄膜材料第42頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

導體薄膜材料材料的種類及性質實際情形隨半導體的表面處理，在導體和半導體表面往往會存在薄的氧化膜，但電子通過隧道效應可穿過此膜層，因此并不存在很大的問題依表面處理條件不同，半導體的表面狀態(tài)會發(fā)生變化，相應金屬及半導體的功函數(shù)也會發(fā)生變化功函數(shù)還與表面能級、晶體取向等相關，必須注意其值的變化第43頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

導體薄膜材料材料的種類及性質其他布線及電極用的導體材料，還應具有下述特性：電導率要高對電路元件不產(chǎn)生有害影響，為歐姆連接熱導率高、機械強度高，對于堿金屬離子及濕度等的電化學反應要盡量小高溫狀態(tài)，電氣特性也不發(fā)生變化，不發(fā)生蠕變現(xiàn)象附著力大，成膜及形成圖形容易可形成電阻、電容，可進行選擇性蝕刻可進行Ａｕ絲、Ａｌ絲引線鍵合及焊接等加工第44頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

導體薄膜材料材料的種類及性質實際情形單一種導體不可能滿足上述所有要求構成電子電路往往需要多種導體膜的組合第45頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

導體薄膜材料而且相互連接及電極中往往也不是采用單一金屬，而是多種導體膜積層化，以達到上述各種要求多層金屬組合的實例第46頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

導體薄膜材料多層組合薄膜說明導體的表面方阻均在５０ｍΩ／□以下進一步降低電阻，需要在Ａｕ膜上再電鍍Ａｕ所列的材料組合之外，在半導體ＩＣ的電極凸點及梁式引線部分，還采用Ａｕ－Ｐｄ－Ｔｉ，Ｓｎ·Ｓｂ－Ｃｕ－Ｃｒ，Ａｕ－Ｗ·Ｔｉ等組合，以及ＰｔＳｉ，Ｐｄ２Ｓｉ，ＣｒＳｉ等金屬硅化物作導體。Ａｕ可滿足上述條件中的大部分單獨使用時與基板及ＳｉＯ２等膜層的附著力太低往往在最底層采用ＮｉＣｒ，Ｃｒ，Ｔｉ等附著性好的膜層最上層采用容易熱壓附著或容易焊接的Ａｕ及Ｐｂ·Ｓｎ等但兩種金屬薄膜相互結合時，往往在比塊體材料更低的溫度下就產(chǎn)生明顯擴散，生成化合物。第47頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

導體薄膜材料Ａｌ特點Ｓｉ基ＩＣ常用導體材料與作為ＩＣ保護膜的ＳｉＯ２間的附著力大對于ｐ型及ｎ型Ｓｉ都可以形成歐姆接觸可進行引線鍵合電氣特性及物理特性等也比較合適價格便宜作為ＩＣ用的導體普遍采用但隨環(huán)境、氣氛溫度上升，Ａｌ與Ａｕ發(fā)生相互作用，生成金屬間化合物，致使接觸電阻增加，進而發(fā)生接觸不良第48頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月Ａｌ當Ａｌ中通過高密度電流時，向正極方向會發(fā)生Ａｌ的遷移，即所謂電遷移在５００℃以上，Ａｌ會浸入下部的介電體中在ＭＯＳ元件中難以使用盡管Ａｌ的電阻率低，與Ａｕ不相上下，但由于與水蒸氣及氧等發(fā)生反應，其電阻值會慢慢升高。Al與Au會形成化合物Al端子與Au線系統(tǒng)在300℃下放置2～3ｈ，或者使氣氛溫度升高到大約４５０℃，其間的相互作用會迅速發(fā)生，致使鍵合部位的電阻升高此時，上、下層直接接觸，Au、Al之間形成脆、弱AuAl2、AuxAl等反應擴散層。造成鍵合不良采用Au－Au組合或Al－Al組合。在Au、Al層間設置Pd、Pt等中間層，可防止反應擴散發(fā)生，形成穩(wěn)定的膜結構第49頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月Ａｌ存在電遷移Al導體中流過電流密度超過106A/cm2或多或少地發(fā)生電遷移現(xiàn)象氣氛溫度上升，電遷移加速，短時間內(nèi)即可引起斷線Al導體膜在大約300℃長時間放置，會發(fā)生“竹節(jié)化”，即出現(xiàn)結晶化的節(jié)狀部分和較瘦的桿狀部分進一步在500℃以上放置，Al會浸入到下層的SiO2中，引起Si基板上的IC短路因此，使用Al布線的ＭＯＳ器件，必須兼顧到附著力、臨界電壓、氧化膜的穩(wěn)定性、價格等各種因素，對材料進行選擇。第50頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月連接與布線的形成及注意點SiIC中的Al布線可由Cr－Au代替。Cr－Au與玻璃間具有良好的附著性，ｐ型、ｎ型Ｓｉ均能形成歐姆結合Cr－Au成膜有兩種方法其一是將基板加熱到２５０℃，依次真空蒸鍍Cr和Au其二是采用濺射法沉積Cr－Au系中Cr膜的膜厚及電阻率如表３－６所列第51頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月連接與布線的形成及注意點Cr－Au系可能引起劣化的機制Cr向Au中的擴散，由此會引起電阻增加Mo－Au系比Cr－Au系在更高些的溫度下更為穩(wěn)定其成膜通常采用真空蒸鍍法將基板加熱到２６０℃，先蒸鍍約１００ｎｍ的Ｍｏ，接著蒸鍍３０ｎｍ的Ａｕ，而后將基板溫度降至１００℃以下，再蒸鍍約３００ｎｍ的Ａｕ。最后，將基板溫度降至４０℃以下，取出Ｍｏ在高溫氣氛中特別是加濕狀態(tài)下很不穩(wěn)定第53頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月連接與布線的形成及注意點ＮｉＣｒ－Ａｕ薄膜導體中應用廣泛制備工藝先蒸鍍０.１μｍ的ＮｉＣｒ合金膜，再蒸鍍０.１μｍ的Ａｕ這種膜層在200～400℃的干燥Ｎ２氣氛中放置２４ｈ，電阻值有明顯增加。Ａｕ上蒸鍍Ｎｉ膜的系統(tǒng)在１５０℃會形成金屬間化合物Ｐｄ-Ａｕ，在０.３μｍ的Ｐｄ膜上蒸鍍０.３μｍ的Ａｕ２７５℃老化，未發(fā)現(xiàn)生成化合物有少量Ｐｄ固溶于Ａｕ中，300附近，膜層阻值急劇增加第54頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月連接與布線的形成及注意點以Ｔｉ為底層的Ｔｉ－Ａｕ系對于所有種類的基板都顯示出相當高的附著力在２５０～３５０℃不太高的溫度下即形成化合物，使Ｔｉ膜的特性變差，由此造成電阻值增加往往需在Ａｕ與Ｔｉ之間加入Ｐｔ阻擋層。Ａｌ－Ｔｉ系１００～１５０℃即形成Ａｌ與Ｔｉ的化合物，使膜層阻值增加第55頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月導體膜的劣化及可靠性成膜后造成膜異常的主要原因一是由于嚴重的熱失配，存在過剩應力狀態(tài)，膜層從通常的基板或者Ｓｉ、ＳｉＯ２膜表面剝離，造成電路斷線二是由于物質的擴散遷移引起，其中包括電遷移、熱擴散、克根達耳效應、反應擴散等。造成物質擴散遷移的外因有高電流密度高溫度大的溫度梯度接觸電阻等，特別是幾個因素聯(lián)合作用時，效果更明顯第56頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月導體膜的劣化及可靠性造成物質擴散遷移的內(nèi)因有構成物質的體系晶粒度內(nèi)部缺陷內(nèi)因、外因之間隨時都在發(fā)生作用Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ系電流密度高，造成膜內(nèi)晶粒不斷長大，即自發(fā)熱效應與熱處理具有同樣的效果通常情況下，導體溫度上升會加速組元之間的相互擴散，形成反應擴散產(chǎn)物，造成機械強度下降及電阻升高等，反過來又造成溫度升高，惡性循環(huán)，急速造成破壞第57頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月導體膜的劣化及可靠性如超過１０５Ａ／ｃｍ２的高電流密度是造成導體劣化的主要機制之一該機制是：導體中大量較高能量的傳導電子對原子的動量傳遞作用，使其向陽極方向遷移當原子從導體中的某一位置離開時，會在該位置留下空位空位濃度取決于某一場所空位流入量加上產(chǎn)生量與流出量之差。若此差值為正，則造成空位積蓄，空位積蓄意味著導體的劣化?？烁_耳效應由于擴散組元之間自擴散系數(shù)不同引起的自擴散系數(shù)大的組元的擴散通量大，自擴散系數(shù)小的組元的擴散通量小隨擴散進行，若導體宏觀收縮不完全，則原來自擴散系數(shù)大的組元含量高的場所，將有凈空位積累，從而引起導體劣化第58頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月導體膜的劣化及可靠性物質遷移容易沿晶界進行——物質的遷移與其微觀結構關系很密切溫度不是很高，晶界擴散系數(shù)比體擴散系數(shù)大得多。膜層中大量存在有晶界，晶界中離子的活動性與各個晶粒的晶體學取向有關，特別是當許多晶粒的晶體學取向不一致時，易于離子遷移晶粒取向與外加電場之間的角度，因場所不同而異，因此離子的遷移率在各處都不相同，離子沿晶界的傳輸量因位置不同而異當傳導電子從大晶粒一側向小晶粒一側移動時，由于界面處也發(fā)生離子的遷移，因而引起小晶粒一側空位的積蓄等第59頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月導體膜的劣化及可靠性劣化模式是上述各種機制的組合平均故障時間ＭＴＦ與微觀的結構因子數(shù)相關，特別是導體的長度與寬度、平均粒徑與粒徑分布、晶體學取向、晶界特性等影響很大為了增加ＭＴＦ，在條件允許的情況下應盡量采取如下措施：減小導體長度增加導體膜的寬度與厚度減?。停裕频臉藴势钤黾幽拥钠骄６鹊?。實際上，電路的劣化不僅僅源于導體的劣化，鈍化層及封裝的缺陷也常常是造成劣化的原因此外還要特別注意異常狀態(tài)及環(huán)境變化等。第60頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月薄膜電感薄膜電感具有很多優(yōu)點，但是也存在一些使用方面的限制制作技術將低電阻導體膜形成螺圈狀，中間用絕緣層交插絕緣，并引出接線端子即形成薄膜電感薄膜電感的電感量很小幾何條件所限，僅為２～３ｎＨ，用途受到限制采用鐵氧體基板，使導體螺旋成膜電感量可達２０～３０ｎＨ，提高一個數(shù)量級要達到更大電感量，元件所占面積太大，不現(xiàn)實在鐵氧體磁芯上繞線的小型電感的電感量可達２～３ｍＨ，多作為外設的片式元件用于電路第61頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

電阻薄膜材料薄膜電阻用原材料電阻率范圍：１００～２０００μΩ·ｃｍ作成方阻值為１０Ω／□～１０００Ω／□的薄膜方電阻１０Ω／□以下的低方阻值電阻需求不多獲得高方阻值薄膜電阻方法增加電阻膜長度減少電阻膜厚度電阻體薄膜實際使用的電阻溫度系數(shù)ＴＣＲ<１００×１０－６／℃要求其電氣性能穩(wěn)定薄膜電阻制造方法真空蒸鍍、濺射鍍膜、熱分解、電鍍等方法第62頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

電阻薄膜材料制作方法對薄膜電氣特性影響：薄膜厚度：薄的膜層對傳導電子產(chǎn)生表面散射，由此造成ＴＣＲ減小、電阻率升高但非常薄的膜為不連續(xù)的島狀結構，由此可能造成負的ＴＣＲ。這種膜容易發(fā)生凝聚或氧化，除少數(shù)幾種物質外，特性不穩(wěn)定膜層過厚時內(nèi)部畸變大，特性也不穩(wěn)定。若膜層中含有過量的雜質、缺陷及真空中的殘留氣體，由于引起電子散射，使ＴＣＲ變小，長期穩(wěn)定性變差。組分：在金屬—絕緣體、金屬陶瓷等多相系中，因組分比易發(fā)生偏離，膜的均勻性不好，由于過剩成分的氧化，穩(wěn)定性差。單相與復合系：單相薄膜具有正TCR和較低的電阻。但組成復合系，例如ＮｉＣｒ等，由于各成分的ＴＣＲ相抵消，使ＴＣＲ變小，阻值升高其他：基板表面沾污、凹凸等表面狀態(tài)、基板加熱溫度、基板材質、成膜速率等都會造成特性的分散，并影響穩(wěn)定性等第64頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻薄膜材料代表性的薄膜電阻材料，分為單一成分金屬合金金屬陶瓷三大類第65頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷薄膜電阻第67頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷電阻薄膜金屬陶瓷和Ｔａ２Ｎ膜－陶瓷電阻薄膜自混合集成ＩＣ開發(fā)的初期就開始使用金屬陶瓷電阻膜金屬和陶瓷的混合膜，其中有Cr－SiO，Cr－MgF2，Au－SiO等系統(tǒng)Cr－SiO特性穩(wěn)定，在不同的SiO含量（25％～90％）下，可以獲得電阻率為4.3×10-3～3.1×10-4Ω·ｃｍ的電阻膜第69頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷電阻薄膜Ｔａ２Ｎ電阻膜晶體結構、電阻率、ＴＣＲ與Ｎ２分壓的關系Ｎ２分壓增加，β－Ｔａ→→β－Ｔａ＋α－Ｔａ→→α－Ｔａ＋Ｎ２

→→α－Ｔａ＋Ｔａ２Ｎ→→Ｔａ２Ｎ＋ＴａＮ→→ＴａＮ次序變化在含有Ｔａ２Ｎ的區(qū)域，膜層的電阻率大，ＴＣＲ接近零，而且特性偏差小，阻值的經(jīng)時變化小。因此，處于該區(qū)域的材料適于制作電阻膜調節(jié)Ｔａ２Ｎ膜電阻率一般采用陽極氧化法，在其表面形成絕緣體Ｔａ２Ｏ５。Ｔａ２Ｎ膜具有良好的熱穩(wěn)定性和耐熱沖擊性能。例如，在熔凝石英基板上沉積Ｔａ２Ｎ膜，在２００～８００℃之間進行熱循環(huán)試驗，其壽命在３×１０７循環(huán)以上第70頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月Ｎ２分壓增加，β－Ｔａ→→β－Ｔａ＋α－Ｔａ→→α－Ｔａ＋Ｎ２

→→α－Ｔａ＋Ｔａ２Ｎ→→Ｔａ２Ｎ＋ＴａＮ→→ＴａＮ次序變化第71頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月陶瓷電阻薄膜其他材料體系陶瓷薄膜電阻材料（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ（Ｔａ，Ａｌ）Ｎ（Ｔｉ，Ｓｉ）ＮＴａ（Ｎ，Ｏ）ＡｌＮＴｉＮＺｒＮ一部分已在精密薄膜電阻和傳真機用熱寫頭的發(fā)熱體中采用第72頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2、薄膜材料

介質薄膜材料使用材料性質電學特性電氣絕緣、介電性壓電性、熱釋電性、鐵電性光學特性機械特性應用領域電子元器件、光學器件、機械元器件應用實例：顯示元件、紅外傳感器、彈性表面波（SAW）元件、薄膜電容器、不易失性存儲器第73頁，課件共86頁，創(chuàng)作于2023年2月2