集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)

第三章厚/薄膜技術(shù)集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第1頁前課回顧1.芯片互連技術(shù)分類2.WB技術(shù)、TAB技術(shù)與FCB技術(shù)概念3.三種芯片互連技術(shù)對比分析集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第2頁芯片互連技術(shù)對比分析集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第3頁

厚膜技術(shù)介紹主要內(nèi)容

厚膜導體材料集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第4頁膜技術(shù)介紹厚膜（ThickFilm）技術(shù)和薄膜技術(shù)（ThinFilm）是電子封裝中主要工藝技術(shù)，統(tǒng)稱為膜技術(shù)。可用以制作電阻、電容或電感等無源器件，也能夠在基板上制成布線導體和各類介質(zhì)膜層以連接各種電路元器件，從而完成混合（Hybrid）集成電路電子封裝。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第5頁厚膜技術(shù)厚膜技術(shù)是采取絲網(wǎng)印刷、干燥和燒結(jié)等工藝，將傳統(tǒng)無源元件及導體形成于散熱良好陶瓷絕緣基板表面,并用激光處理到達線路所需之精密度,再采取SMT技術(shù),將IC或其它元器件進行安裝,組成所需要完整線路,最終采取多樣化引腳和封裝方式,實現(xiàn)模塊化集成電路——厚膜混合集成電路（HIC，HybridIntegratedCircuit）。厚膜印刷所用材料是一個特殊材料——漿料，而薄膜技術(shù)則是采取鍍膜、光刻和刻蝕等方法成膜。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第6頁

較之普通PCB，厚膜電路在散熱性和穩(wěn)定性方面優(yōu)勢顯著；而且，比普通PCB能更適應環(huán)境。因為汽車電子產(chǎn)品所處環(huán)境通常都比較苛刻（不包含車內(nèi)影音娛樂系統(tǒng)），比如動力控制系統(tǒng)和發(fā)動系統(tǒng)，所處環(huán)境高溫、高濕、大功率、高振動等。普通PCB無法滿足這些環(huán)境條件需求時，厚膜電路就會表達出它價值。基于厚膜電路在高溫、高壓、大功率應用中有極大優(yōu)勢。普通主要應用在汽車電子、通訊系統(tǒng)領域、航空航天及一些軍工領域。厚膜電路特點及應用集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第7頁全部厚膜漿料通常有兩個共性：一、適于絲網(wǎng)印刷含有非牛頓流變能力黏性流體；

二、有兩種不一樣多組分相組成，一個是功效相，提供最終膜電和力學性能，另一個是載體相（粘合劑），提供適當流變能力。厚膜漿料集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第8頁牛頓流體指剪切應力與剪切變形速率成線性關系，即在受力后極易變形，且剪切應力與變形速率成正比低粘性流體。凡不一樣于牛頓流體都稱為非牛頓流體。牛頓內(nèi)摩擦定律表示式：τ=μγ式中：τ--所加剪切應力；

γ--剪切速率（流速梯度）；

μ--度量液體粘滯性大小物理量—黏度，其物理意義是產(chǎn)生單位剪切速率所需要剪切應力。服從牛頓內(nèi)摩擦定律流體稱為牛頓流體。牛頓流體和非牛頓流體集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第9頁厚膜多層制作步驟集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第10頁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)金屬陶瓷材料更高溫度下進行燒結(jié)。聚合物厚膜材料：包含帶有導體、電阻或絕緣顆粒聚合物材料混合物，通常在85-300攝氏度范圍內(nèi)固化。聚合物導體主要是C和Ag，慣用于有機基板材料上。金屬陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金屬混合物，通常在850-1000攝氏度范圍內(nèi)燒結(jié)。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第11頁傳統(tǒng)厚膜漿料主要成份傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料含有四種主要成份：

有效物質(zhì)—決定膜功效粘結(jié)成份—提供膜與基板間粘結(jié)以及使有效物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)基體；有機粘結(jié)劑—提供絲網(wǎng)印刷時適當流動性能；溶劑或稀釋劑—決定運載劑粘度集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第12頁傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成份—有效物質(zhì)漿料中有效物質(zhì)決定燒結(jié)膜電性能，假如是金屬則燒結(jié)膜是導體，假如是金屬氧化物則是一個電阻；假如有效物質(zhì)是一個絕緣材料，則燒結(jié)后膜是一個介電體，有效物質(zhì)普通以粉末形式出現(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，在外加一定強度電場情況下，會造成電擊穿成為導電材料，慣用于制作電容器。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第13頁傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成份—粘結(jié)成份粘接成份：主要有兩類物質(zhì)用于厚膜與基板粘接：玻璃材料和金屬氧化物，能夠單獨使用或者一起使用。玻璃材料粘接機理：【與基板中玻璃發(fā)生化學反應】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)不足？

物理過程因存在熱循環(huán)和熱儲存而退化燒結(jié)玻璃材料表面存在玻璃相，影響后續(xù)組裝工藝。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第14頁傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成份—粘結(jié)成份金屬氧化物粘接機理：金屬Cu和Cd（鎘）與漿料混合，發(fā)生基板表面氧化反應生成氧化物，金屬與氧化物粘結(jié)并經(jīng)過燒結(jié)結(jié)合在一起。

金屬氧化物粘結(jié)優(yōu)缺點？玻璃-氧化物粘接機理：氧化物普通為氧化鋅或氧化鈣，低溫下可發(fā)生反應，克服了上述兩種粘結(jié)劑缺點，稱之為混合粘結(jié)系統(tǒng)。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第15頁傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成份—有機粘結(jié)劑有機粘接劑通常是一個觸變流體，作用：可使有效物質(zhì)和粘接成份保持懸浮態(tài)直到膜燒制完成；可為漿料提供良好流動特征以進行絲網(wǎng)印刷。有機粘結(jié)劑不揮發(fā)，但在高溫下趨于燒盡，粘結(jié)劑在燒結(jié)過程中必須被完全氧化，不能存在有影響膜殘余物質(zhì)（C）存在。氮氣中燒結(jié)有機載體必須發(fā)生分解和熱解聚。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第16頁傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成份—溶劑或稀釋劑自然形態(tài)有機粘結(jié)劑太粘稠不能進行絲網(wǎng)印刷，需要使用溶劑或稀釋劑，稀釋劑比粘結(jié)劑較輕易揮發(fā)，在大約100℃以上就會快速蒸發(fā)，經(jīng)典材料是萜品醇、丁醇和一些絡合乙醇；溶劑或稀釋劑用于燒結(jié)前有機粘結(jié)劑稀釋，烘干和燒結(jié)時揮發(fā)掉。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第17頁配制漿料時，須將各成份按一定百分比充分混合。制造過程開始于粉末態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過從化學溶液中沉淀出來金形成金粉末與細篩玻璃粉混合，加入運載劑（由適當溶劑、增稠劑或膠混合）后用球磨機使混合物充分混合來減小玻璃料和其它脆性材料顆粒尺寸，最終由三輥軋膜機將漿料組分彌散開，確保顆粒尺寸均勻。厚膜漿料制備集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第18頁球磨設備和臨界速率集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第19頁厚膜漿料參數(shù)：粒度（FOG細度計測量）固體粉末百分比含量（400℃煅燒測量）粘度（錐板或紡錘粘度計測量）。厚膜漿料參數(shù)為適應絲網(wǎng)印刷，漿料需含有下述特征：【流體比須含有一個屈服點】—印刷后靜止不流動，流動最小壓力遠大于重力【流體應含有某種觸變性】—剪切速率影響流體流動性【流體應含有某種程度滯后作用】—粘度隨壓力降低而增加集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第20頁厚膜導體在混合電路中實現(xiàn)功效：【提供電路節(jié)點間導電布線功效】【提供后續(xù)元器件焊接安裝區(qū)域】【提供電互連：元器件、膜布線和更高級組裝互連】【提供厚膜電阻端接區(qū)】【提供多層電路導體層間電氣連接】厚膜導體材料集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第21頁厚膜導體材料基本類型：可空氣燒結(jié)厚膜導體：主要是指不輕易形成氧化物金屬材料(Au和Ag等）可氮氣燒結(jié)厚膜導體：通常是指在部分低含氧量狀態(tài)下易于氧化材料（C