第3章 厚薄膜電路PPT課件

.,1,第3章,厚/薄膜技術(shù),.,2,概述,厚膜技術(shù)使用絲網(wǎng)印、干燥與燒結(jié)三種工藝方法。薄膜技術(shù)是一種減法技術(shù)，使用鍍膜、光刻與刻蝕方法。均用于制作電阻、電容、基板上的布線導(dǎo)體等。幾微米幾百微米的膜材料為厚膜材料；小于幾微米的膜材料為薄膜材料。,.,3,【薄膜技術(shù)與厚膜技術(shù)的區(qū)別】厚膜技術(shù)是“加法技術(shù)”，而薄膜技術(shù)是“減法技術(shù)”。使用光刻與刻蝕等工藝使薄膜技術(shù)得到的圖形特征尺寸更小，線條更清晰：更適合高密度和高頻率環(huán)境。,薄膜技術(shù)是指采用蒸鍍、光刻與刻蝕等方法制備所需材料膜層的技術(shù)：薄膜的含義不只是膜的實(shí)際厚度，更多的是指在基板上的膜產(chǎn)生方式：【若固體膜物質(zhì)三維尺寸中，某一維尺寸（通常指厚度）遠(yuǎn)小于另外兩維尺寸，該固體膜稱為薄膜】。,.,4,典型的薄膜電路,典型的薄膜電路由淀積在基板上的三層材料組成：底層材料：電阻材料+基板粘結(jié)中層材料：擴(kuò)散阻擋+導(dǎo)體-電阻粘結(jié)頂層材料：導(dǎo)電層,.,5,3.1.1薄膜制備方法,因基底材料和薄膜材料種類繁多，所以薄膜制備方法很多。一般可分為兩大類：氣相淀積-物理氣相淀積-真空蒸發(fā)、濺射等。-化學(xué)氣相淀積液相淀積-電鍍、化學(xué)鍍。IC制造中，基于對潔凈環(huán)境的需要，薄膜的制備一般采用氣相淀積技術(shù)。下面介紹幾種常用的基板氣相淀積方法。,.,6,1、蒸發(fā)法：物理氣相淀積的基本方法之一。真空蒸發(fā)設(shè)備主要種類：電阻加熱真空蒸發(fā)電子束真空蒸發(fā),圖蒸發(fā)工藝,.,7,當(dāng)材料的蒸汽壓超過周圍壓力時(shí)，材料就會(huì)蒸發(fā)到周圍環(huán)境中蒸發(fā)的“本質(zhì)”。,蒸發(fā)淀積薄膜,薄膜蒸發(fā)淀積工藝中，通過加熱或電子束轟擊的方式，使被蒸鍍物質(zhì)在真空下受熱或轟擊后蒸發(fā)氣化，高溫蒸發(fā)后的原子在溫度較低基板上凝集，形成淀積薄膜。,.,8,當(dāng)材料蒸氣壓超過周圍壓力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)材料蒸發(fā)到周圍的環(huán)境里，這種現(xiàn)象即使是在液態(tài)下都可能發(fā)生。在薄膜工藝中，待蒸發(fā)的材料被置于基板的附近加熱，直到材料的蒸氣壓大大地超過周圍環(huán)境氣壓為止，蒸發(fā)的速率正比于材料的蒸氣與周圍環(huán)境氣壓的差值，并與材料的溫度緊密相關(guān)。必須在相當(dāng)高的真空(10-6torr,1torr=133.322Pa)中進(jìn)行蒸發(fā)，有三個(gè)原因。,.,9,蒸發(fā)需抽真空的原因,蒸發(fā)的速率正比于材料的蒸氣與周圍環(huán)境氣壓的差值，并與材料的溫度緊密相關(guān)。必須在相當(dāng)高的真空中進(jìn)行蒸發(fā)，有三個(gè)原因：1）可以降低產(chǎn)生可接受蒸發(fā)速率所需的蒸氣壓力，因此，降低了蒸發(fā)材料所需的溫度。2）可以通過減少蒸發(fā)室內(nèi)氣體分子引起的散射，增加所蒸發(fā)的顆粒平均自由程。而且，顆粒能夠更多以直線的形式運(yùn)動(dòng)，改善了淀積的均勻性。3）可以去除氣氛中容易與被蒸發(fā)的膜發(fā)生反應(yīng)的污染物和組分，如氧和氮。,.,10,表用于薄膜用途可選金屬的熔點(diǎn)和Pv=10-2torr時(shí)的溫度,.,11,蒸發(fā)材料的載體,“難熔”金屬（高熔點(diǎn)金屬）例如鎢、鈦和鉬常常在蒸發(fā)過程作為盛放其他金屬的載體或“舟”。為了防止與待蒸發(fā)的金屬發(fā)生反應(yīng)，舟的表面可以涂覆氧化鋁或其他陶瓷材料。,.,12,蒸發(fā)源與膜厚的關(guān)系,若假定是從一個(gè)點(diǎn)狀的源開始蒸發(fā)的，蒸發(fā)出的顆粒密度可認(rèn)為距法線呈余弦分布，如圖所示。在考慮基板與源的距離時(shí)，應(yīng)在淀積均勻性與淀積速率之間權(quán)衡。如果與基板過近（或過遠(yuǎn)），那么淀積越厚（或越薄），而在基板表面的淀積均勻性越差（或越好）。,圖從一個(gè)點(diǎn)狀源的蒸發(fā),.,13,電阻絲蒸發(fā)與電子束蒸發(fā)（1）,有幾種進(jìn)行蒸發(fā)的技術(shù)。其中最常用的是電阻加熱和電子束加熱。通過電阻加熱的方法進(jìn)行蒸發(fā)，通常是在難熔金屬制成的舟或用電阻絲纏繞的陶瓷坩堝，或把蒸發(fā)劑涂覆在電熱絲上進(jìn)行的。加熱元件通過電流，產(chǎn)生的熱使蒸發(fā)劑受熱。由于蒸發(fā)劑容易淀積到蒸發(fā)室的內(nèi)側(cè)，用光學(xué)的方法監(jiān)測熔化的溫度是有些困難的，必須用經(jīng)驗(yàn)的方法進(jìn)行控制。也有可以控制淀積速率和厚度的閉環(huán)系統(tǒng)，但是它們相當(dāng)昂貴。一般來說，只要控制得當(dāng)，用經(jīng)驗(yàn)的方法就可以獲得適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。,.,14,電阻絲蒸發(fā)與電子束蒸發(fā)（2）,電子束蒸發(fā)法具有很多的優(yōu)點(diǎn)。通過電場加速的電子流在進(jìn)入磁場后傾向與呈弧線運(yùn)動(dòng)，利用這種現(xiàn)象，把高能電子流直接作用在蒸發(fā)物質(zhì)上。當(dāng)它們轟擊到蒸發(fā)劑時(shí)，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱。因?yàn)橹鄣碾娮璨⒉皇且粋€(gè)影響因素，而控制電子能量的參數(shù)是容易測量和控制的，所以電子束蒸發(fā)是更容易控制的。此外，熱將更集中和強(qiáng)烈，使得在高于10-2torr溫度下蒸發(fā)成為可能，也減輕了蒸發(fā)劑與舟之間的反應(yīng)。,.,15,圖電子束蒸發(fā)裝置示意圖,.,16,2、濺射法可制備各類金屬、合金、化合物薄膜。直流濺射制備各類金屬膜磁控濺射-是一種淀積速度高、工作氣壓低的濺射技術(shù)，提高了淀積速度及膜質(zhì)量，反應(yīng)濺射采用純金屬作為靶材，在氣體中混入適量的活性氣體，獲得不同的化合物薄膜。,.,17,濺射淀積薄膜,.,18,如圖所示，在一個(gè)大約10Pa壓力的局部真空里形成一個(gè)導(dǎo)電的等離子體，用于建立等離子體所用的氣體通常是與靶材不發(fā)生反應(yīng)的某種惰性氣體，例如氬氣?；搴桶胁闹糜诘入x子體中，基板接地，而靶材具有很高的AC或DC負(fù)電位，高電位把等離子體中的氣體離子吸引到靶材上，具有足夠動(dòng)能的這些離子與靶材碰撞，撞擊出具有足夠殘余動(dòng)能的微粒，使其運(yùn)動(dòng)到達(dá)基板并黏附其上。,.,19,濺射薄膜形成機(jī)理,膜與基板黏接的機(jī)理是在界面形成的一層氧化物層，所以底層必須是一種容易氧化的材料?？梢酝ㄟ^靶材施加電位前用氬離子隨機(jī)轟擊對基板表面進(jìn)行預(yù)濺射的方法以增強(qiáng)黏附力。這一過程可以去除基板表面的幾個(gè)原子層，產(chǎn)生大量的斷開的氧鍵，促進(jìn)氧化物界面的形成。濺射顆粒的動(dòng)能在它們與基板碰撞時(shí)轉(zhuǎn)變成在基板上所產(chǎn)生的余熱，進(jìn)一步增強(qiáng)了氧化物的形成。,.,20,磁控濺射與反應(yīng)濺射,磁控濺射：一般的三極真空管濺射是一個(gè)非常緩慢的過程，需要幾小時(shí)才能得到可使用的膜在關(guān)鍵的位置，通過使用磁場，可以使等離子體在靶材附近聚集，大大的加速了淀積的過程。反應(yīng)濺射：在氬氣中加入少量的其他氣體，例如氧和氮，可以在基板上形成某些靶材的氧化物或氮化物。這種技術(shù)稱之為反應(yīng)濺射法?？捎脕硇纬傻g，這是一種常用的電阻材料。,.,21,濺射與蒸發(fā)的比較,蒸發(fā)可以得到較快的淀積速率，但是與濺射相比存在某些缺點(diǎn)。（1）合金的蒸發(fā)例如鎳鉻合金是很困難的，因?yàn)閮烧?0-2torr溫度不同。蒸發(fā)溫度較低的元素往往蒸發(fā)的較快，造成蒸發(fā)膜的成分與合金的成分不同。與此相反，濺射膜的成分與靶材的成分相同。（2）蒸發(fā)僅局限與熔點(diǎn)較低的金屬。實(shí)際上難熔金屬和陶瓷通過蒸發(fā)來淀積是不可能的。（3）氮化物和氧化物的反應(yīng)淀積是非常難以控制的。,.,22,3.電鍍薄膜技術(shù),電鍍是將基板和陽極懸掛在含有待鍍物質(zhì)的導(dǎo)電溶液里，在兩極間施加電位，可用于金屬材料電鍍在導(dǎo)電表面上。,電鍍法特點(diǎn)：制備貴金屬薄膜時(shí)，電鍍法可有效增加膜厚度，且節(jié)約使用的靶材，經(jīng)濟(jì)性好。但可電鍍的材料僅限于金屬。,薄膜制備完成后進(jìn)行光刻和刻蝕，以獲得所需要的薄膜電路圖形,.,23,4.光刻工藝在光刻工藝中，基板涂覆光敏材料，紫外光通過在玻璃板上的圖形進(jìn)行曝光。光刻膠有正負(fù)兩種，其中正性光刻膠由于耐蝕性的能力很強(qiáng)，所以使用的最普遍。未用光刻膠保護(hù)的不想要的部分可以通過濕法（化學(xué)）蝕刻或干法（濺射）蝕刻去除。,.,24,正膠與負(fù)膠（1）,正膠：被曝光區(qū)域能被顯影液溶解的膠叫做正膠，MASK上的圖形與光刻膠上的圖形相一致,.,25,正膠與負(fù)膠（2）,負(fù)膠：被曝光區(qū)域不能被顯影液溶解的膠叫做負(fù)膠，MASK上的圖形與光刻膠上的圖形相反。,.,26,濺射蝕刻,化學(xué)蝕刻仍然是薄膜蝕刻的最常用方法，但是越來越多的公司開始采用濺射蝕刻。使用這種技術(shù)，基板涂覆光刻膠，圖形采用與化學(xué)蝕刻完全相同的方式曝光。然后基板置于等離子體中，接通電位。在濺射蝕刻工藝中，基板實(shí)際上是作為靶材使用的，不需要的物質(zhì)通過氣體離子撞擊到未掩蔽的膜上而得到去除。,.,27,濺射蝕刻優(yōu)點(diǎn),（1）膜下的材料不存在任何鉆蝕問題，氣體離子以基板的法線方向撞擊基板。這就意味著沒有任何離子從切線方向撞擊膜，因而側(cè)面平直，與其相反，化學(xué)蝕刻的速率在切線方向與法線方向是相同的。因此，造成與薄膜厚度相等的鉆蝕。（2）由于不再需要用來蝕刻薄膜的烈性化學(xué)物質(zhì)，所以對人員的危害較小，而且沒有污水處理的問題。,.,28,薄膜材料分為四類：,導(dǎo)體材料用于形成電路圖形，提供電極及電學(xué)連接。電阻材料用于形成電路中的電阻。阻擋層材料形成某些導(dǎo)體與電阻之間的擴(kuò)散阻擋層薄膜基板,3.1.2薄膜材料,.,29,1、導(dǎo)體薄膜材料：微系統(tǒng)封裝工程的一般為金屬薄膜。功能：主要用于半導(dǎo)體元器件或芯片之間的電氣連接。例如：電阻器的端頭連接、電容的上下電極、元件之間的互連線；高頻電感、微帶線、地線等。,.,30,對導(dǎo)體薄膜材料選擇的基本要求：高導(dǎo)電率；與半導(dǎo)體接觸部分能形成歐姆接觸；對電路元件不產(chǎn)生有害影響；高導(dǎo)熱率；良好的高溫特性；與基片材料、介質(zhì)材料和電阻材料之間良好的附著性；易于成膜和圖形化；可進(jìn)行Au金絲、AI鋁絲引線鍵合及焊接化學(xué)穩(wěn)定性、表面抗磨損性好,.,31,常用導(dǎo)體金屬薄膜,常用導(dǎo)體金屬薄膜主要以金、鋁為主的多層薄膜1）金（Au）薄膜薄膜電路中廣泛使用的導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能優(yōu)良，僅次于Ag和Cu；化學(xué)穩(wěn)定好；良好的可焊性，熔點(diǎn)和熱導(dǎo)率較高；缺點(diǎn)：與基板及SiO2的附著能力弱，需要預(yù)先淀積過渡金屬膜；與基板之間需采用黏附性好的Ni、Cr、Ti作為黏附層。,.,32,2)薄膜導(dǎo)體Al(鋁),鋁膜集成電路中常用的導(dǎo)體材料三價(jià)元素；優(yōu)良的導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率次于Cu體電阻率低；易于蒸發(fā)，易于光刻與金絲、鋁絲容易鍵合，價(jià)格低薄膜導(dǎo)體的理想材料與基片、SiO、SiO2等介質(zhì)膜有良好的附著性薄膜電容的電極材料與鉻硅、鎳鉻等電阻薄膜接觸性能良好作為電阻引出線材料，接觸電阻小比較柔軟，在工藝過程中容易出現(xiàn)劃痕,.,33,2、電阻薄膜材料,常用的電阻薄膜材料電阻率多發(fā)布在1002000cm電阻薄膜材料主要有三大類：金屬類、合金類、陶瓷類。,.,34,薄膜電阻材料的基本要求與其他薄膜元件如電容、導(dǎo)線的制造工藝兼容良好的工藝性穩(wěn)定的電性能化學(xué)穩(wěn)定性好，材料和工藝成本低,.,35,金屬類：,主要有Ta、W、Cr、Ti、Ge、Re等。以鉭和鉭基合金最為常用：難熔金屬，再結(jié)晶溫度高，保證膜元件的穩(wěn)定性與鎢、鉬、鈦相比，鉭膜的性能最好；應(yīng)用最為廣泛普通的真空蒸鍍工藝難以對鉭進(jìn)行淀積，多采用濺射工藝根據(jù)濺射工藝條件，可獲得不同的鉭膜結(jié)構(gòu)鉭膜：電阻率2550cm鉭膜：電阻率180220cm，溫度系數(shù)優(yōu)于膜低密度鉭膜：電阻率5000cm，為網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)氮化鉭薄膜：電阻率250cm，可以得到零溫度系數(shù)的膜,.,36,合金類：合金薄膜電阻Ta-Au、Cr-Ti、Ni-Co、Pd-Ag等。NiCr最早的薄膜電阻材料，工藝成熟、簡單性能穩(wěn)定，溫度系數(shù)和噪聲低常用80%Ni和20%Cr，采用真空蒸發(fā)工藝通過摻雜Al、Cu、Be、Bi、Sn等改善性能CrCo、WRu：較低的溫度系數(shù)BeNi：較好的耐高溫性能NiP：寬的方電阻范圍,.,37,陶瓷類：金屬陶瓷類是金屬和陶瓷的混合膜Cr-SiO、Cr-MgF2、Au-SiO等。非金屬陶瓷類薄膜電阻材料Ta2N、（Ti,Al）N、（Ta,Al）N、（Ti,Si）N、AlN、TiN等。,.,38,3、阻擋層材料,當(dāng)前用作導(dǎo)體材料時(shí)，金與電阻之間需要一種阻擋層材料，因?yàn)榻鹬苯拥矸e在NiCr合金上時(shí)，Cr具有一種通過金擴(kuò)散到表面的傾向，既影響引線鍵合，也影響芯片的共晶鍵合。為了減輕這個(gè)問題，在NiCr上淀積薄薄一層純鎳，而且，鎳還可以顯著改善表面的可焊性。金與TaN的粘接是非常差的，為了提供必須的粘接性，可以在金與TaN之間加入薄薄一層90%Ti/10%W。,.,39,4.薄膜基板,盡管在淀積過程中，基板的溫度升高，但這一溫度并未達(dá)到厚膜燒結(jié)工藝的溫度。這樣，就使得薄膜工藝可選擇的基板材料更多，可以使用像玻璃和低溫陶瓷這類材料。最好的材料是高純（99.5）氧化鋁，即藍(lán)寶石，氧化鋁的一種，使用在重要的高頻領(lǐng)域。用作薄膜基板必須具有比厚膜更平整的表面，CLA大約在34m（0.761.02m）。,.,40,3.2厚膜技術(shù),概述：厚膜（ThickFilm）技術(shù)與薄膜（ThinFilm）技術(shù)是電子封裝中重要的工藝技術(shù)，厚膜技術(shù)使用網(wǎng)印與燒結(jié)（Firing/Sintering）方法，薄膜技術(shù)使用鍍膜、光刻（Photolithography）與刻蝕等方法,它們均用以制作電阻、電容等電路中的無源器件。該技術(shù)也可在基板上制成導(dǎo)線電路以組合各種電路元器件，而成為所謂的混合（Hybrid）集成電路電子封裝。,.,41,混合電路,上圖所示的厚膜混合電路是用絲網(wǎng)印刷方法把導(dǎo)體漿料、電阻漿料和絕緣材料漿料轉(zhuǎn)移到一個(gè)陶瓷基板上來制造的。混合電路的定義：用某種金屬化方法制造的陶瓷基板，它至少包含兩個(gè)元件，其中一個(gè)必須是有源器件。,.,42,厚膜漿料的共性：,它們是適于絲網(wǎng)印制的具有非牛頓流變能力的黏性流體；它們由兩種不同的多組分相組成，一個(gè)是功能相，提供最終膜的電學(xué)和力學(xué)性能，另一個(gè)是載體相（運(yùn)載劑），提供合適的流變能力。,.,43,厚膜漿料的種類,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：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)。,.,44,多層厚膜制造技術(shù),圖多層厚膜制作步驟,.,45,3.2.1厚膜材料,厚膜材料：是有機(jī)介質(zhì)摻入微細(xì)金屬粉、玻璃粉、陶瓷粉的混合物。通過絲網(wǎng)印刷方法，印制到絕緣基板上。厚膜的厚度一般在幾微米到幾百微米非真空成膜,.,46,1、厚膜導(dǎo)體材料,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的端接區(qū)提供多層電路導(dǎo)體層間的電氣連接,.,47,厚膜導(dǎo)體材料基本類型：,厚膜導(dǎo)體材料的選擇范圍比薄膜材料的寬。厚膜導(dǎo)體材料有三種基本類型：（1）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）（2）可氮?dú)鉄Y(jié)厚膜導(dǎo)體：通常是指在部分低含氧量狀態(tài)下易于氧化的材料（Cu、Ni和Al等）（3）還原氣氛燒結(jié)厚膜導(dǎo)體：難熔材料Mn和W，防止燒結(jié)過程中，其他物質(zhì)熱分解后被氧化。通常選用資源豐富、價(jià)格低廉、高電導(dǎo)、熱導(dǎo)材料。如Ag、Cu、Au這些材料均為漿料形式。,.,48,銀（Ag）,由金屬銀及其氧化物組成與陶瓷基片的可形成牢固的結(jié)合導(dǎo)電性良好、電導(dǎo)率最高；可焊性良好在電場和濕氣共同作用下發(fā)生銀離子遷移（缺陷）容易與電阻漿料發(fā)生作用，產(chǎn)生氣泡（缺陷）一般在Ag的漿料中添加其他金屬Pd或Pt,以抑制缺陷,.,49,銀離子的遷移,在兩個(gè)導(dǎo)體之間施加電位時(shí)，若有液態(tài)的水存在，銀也有遷移的傾向，,.,50,銅（Cu）優(yōu)良的導(dǎo)體，電導(dǎo)率僅次于銀，價(jià)格低廉可焊性、耐遷移性良好；與基片的附著能力強(qiáng)無金屬離子遷移問題軟釬焊性和耐軟釬焊性良好工藝性能差，在大氣中易于氧化，必須在氮?dú)獗Ｗo(hù)下燒結(jié)，增加了工藝成本（缺陷）直流電阻極低、射頻損耗??；良好的抗輻射性銅芯片技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點(diǎn)，多層基板MCM采用Cu做互連導(dǎo)體，Cu導(dǎo)體廣泛用于高頻電路中。,.,51,銅厚膜系統(tǒng)存在下列問題:,（1）對氮?dú)夥盏囊螅ㄑ鹾啃∮诎偃f分之十）在從少量研制推廣到大批量生產(chǎn)時(shí)就會(huì)帶來問題。（2）由于介電材料往往需要很大的印刷面積，在這些材料用于制造多層電路時(shí)，去除有機(jī)材料的問題更為突出了。（3）很多電阻材料，特別是在高阻范圍，并沒有被證明在低于980以下燒結(jié)時(shí)與在空氣中燒結(jié)的電阻一樣穩(wěn)定。,.,52,金（Au）良好的導(dǎo)電性，一種貴金屬優(yōu)良的抗氧化性、焊接特性高可靠性、化學(xué)穩(wěn)定性良好圖形分辨率高、適合制作精細(xì)圖形的導(dǎo)體缺點(diǎn)：耐軟釬焊性差；與錫產(chǎn)生脆性金屬間化合物與電阻端頭有不良反應(yīng)價(jià)格高,.,53,2、厚膜電阻材料,厚膜電阻是把金屬氧化物顆粒與玻璃顆?；旌希谧銐虻臏囟?時(shí)間進(jìn)行燒結(jié)，以使玻璃熔化并把氧化物顆粒燒結(jié)在一起。所得到的結(jié)構(gòu)具有一系列三維的金屬氧化物顆粒的鏈，嵌入在玻璃基體中。金屬氧化物與玻璃的比越高，燒成的膜的電阻率越低，反之亦然。,.,54,六面體型材料的電阻,式中R電阻，；B材料體積電阻率，單位歐姆長度；L樣品長度，用相應(yīng)單位表示；W樣品寬度，用相應(yīng)單位表示；T樣品厚度，用相應(yīng)單位表示。,.,55,如果膜的長寬相等，即為正方形時(shí)，l=w,則上式變?yōu)楦鶕?jù)方阻的定義，此時(shí)膜的電阻R即為方阻Rs，因此它是指厚度均勻的一塊正方形膜，電流從一邊流向另一邊時(shí)所具有的阻值。用Rs表示，單位為/方或/。方阻的大小只與膜材料的性質(zhì)（）有關(guān)，而與正方形膜的尺寸大小，即正方形的大小無關(guān)，因而方阻Rs表征了厚膜的電阻特性。引入方阻后，（3.1）式的電阻值可寫成：式中：N是電阻膜的長寬比，稱為方數(shù)。,方電阻,（式3.2）,（式3.3）,.,56,厚膜電阻的電性能,電阻的電性能可以分為兩大類:零時(shí)間（剛燒結(jié)后）性能電阻溫度系數(shù)（TCR）電阻電壓系數(shù)（VCR）電阻噪聲高壓放電與時(shí)間有關(guān)（老煉后）的性能高溫漂移潮濕穩(wěn)定性功率承載容量,.,57,電阻溫度系數(shù)（TCR）,所有實(shí)際的材料都會(huì)呈現(xiàn)電阻隨溫度的變化，大多數(shù)這種變化或多或少都是非線性的。后頁圖表示了一種典型材料電阻隨溫度變化圖。TCR是溫度的函數(shù)，定義為在實(shí)驗(yàn)溫度T時(shí)的曲線斜率。,.,58,圖厚膜電阻的典型電阻與溫度曲線,+25+125范圍測量的TCR稱為正溫TCR;而在+25-55范圍測得的TCR為負(fù)溫TCR。,.,59,一般來說這個(gè)結(jié)果是一個(gè)很小的數(shù)，表示為前面有幾個(gè)零的小數(shù)。為方便起見，一般規(guī)一化成電阻的初值，并乘以一百萬得到一個(gè)整數(shù)，如下式所示。,式中R（T2）溫度T2時(shí)的電阻；R（T1）溫度T1時(shí)的電阻。,.,60,一種材料的TCR可以是正值，也可以是負(fù)值。按常規(guī)，如果電阻隨溫度增加而增大，則TCR是正值；同樣，如果電阻溫度增加而降低，則TCR是負(fù)值。一般來說，金屬的TCR是正值，而非金屬的TCR是負(fù)值。在金屬里，隨著熱能的增加，電子云更加混亂，所以電阻增大。非金屬（或半導(dǎo)體）的電子被牢固地束縛于晶格位置，隨著能量增加變成可動(dòng)的電子，故溫度升高時(shí)成為良導(dǎo)體。它們的TCR是負(fù)值。,.,61,電阻的電壓系數(shù)（VCR）,某些電阻材料也表現(xiàn)出下式所定義的對高電壓的敏感性或更明確地說對高電場的敏感性。值得注意的是這個(gè)公式的形式與TCR非常類似。,式中，R（V1）V1下的電阻；R（V2）V2下的電阻；V1測出R（V1）時(shí)的電壓；V2測出R（V2）時(shí)的電壓。,.,62,由于在電阻漿料的半導(dǎo)體組分VCR總是負(fù)值，也就是，隨著V2的增加，電阻下降。由于高阻值，高漿料含量的電阻含有更多的玻璃和氧化物成分從而具有更多的半導(dǎo)體性，較高的漿料值也往往比較低的漿料值具有更負(fù)的VCR。,.,63,初始電阻性能電阻噪聲,電阻噪聲：指材料中基態(tài)電子發(fā)生躍遷時(shí)，出現(xiàn)的影響自由電子運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。能級之間電位差越大，噪聲越大。金屬中大量的電子屬于自由電子，電阻噪聲小，而半導(dǎo)體材料電子噪聲則較高。,厚膜電阻中有兩種噪聲源：熱噪聲和電流噪聲。其中，熱噪聲多來自材料內(nèi)部電子能級躍遷；而電流噪聲則來自材料邊界間的電子躍遷。,.,64,在噪聲水平影響很大的用途中，下述原則可以有助于改善性能：高值電阻比低值電阻具有更高的噪聲電平；大面積電阻具有較低的噪聲電平；較厚的電阻具有較低的噪聲電平。,.,65,與環(huán)境有關(guān)的電阻性能,1）高溫漂移未調(diào)阻的厚膜電阻主要由于構(gòu)成電阻本體的玻璃中應(yīng)力釋放的結(jié)果出現(xiàn)了阻值往上稍微的漂移，經(jīng)過適當(dāng)加工后的電阻，可以測量百分之幾的樣品來看該電阻在整個(gè)壽命范圍內(nèi)漂移的大小，對于大多數(shù)用途按理說，這種漂移并不大。然而在高溫下，會(huì)促進(jìn)這種漂移。如果電阻燒結(jié)不當(dāng)或修整不當(dāng)，或基板失配，這種漂移就可能影響電路的性能。,.,66,2）濕度穩(wěn)定性在有水分存在的情況下，電阻的漂移是一種鑒別和重要的試驗(yàn)。最常用的試驗(yàn)條件是相對濕度85%和溫度85。過去的研究表明，這種條件加速了厚膜電流的失效，與正常承受應(yīng)力的電路相比，加速因子幾乎為500。電阻和電路的濕度試驗(yàn)比單純的加熱老煉更昂貴，但所有的證據(jù)表明，它能很好地預(yù)測可靠性。,.,67,3）功率承載容量高功率導(dǎo)致的漂移主要是由于內(nèi)部電阻發(fā)熱引起的。這不同于加熱老化，熱是由于電阻膜內(nèi)部點(diǎn)到點(diǎn)金屬接觸部位產(chǎn)生的。當(dāng)一個(gè)電阻暴露于高溫時(shí)，整個(gè)電阻均勻受熱，在加功率條件下局部發(fā)熱要比周圍區(qū)域高得多。由于阻值較低的電阻含有較多的金屬，因而，彼此接觸更多，在相同的載荷下低值電阻比高值電阻往往漂移較小。對于大多數(shù)電阻系統(tǒng)，功率老煉的形狀是呈指數(shù)上升的。,.,68,圖典型的厚膜電阻在高功率密度下的載荷壽命,.,69,厚膜電阻的工藝考慮,就溫度控制和氣氛控制而言，厚膜電阻的印刷與燒結(jié)工藝是極為關(guān)鍵的，溫度和該溫度下的停留時(shí)間微小的變化都會(huì)引起電阻平均值和數(shù)值分布的明顯變化。厚膜電阻對燒結(jié)氣氛非常敏感，對使用空氣燒結(jié)的電阻系統(tǒng)，關(guān)鍵是要在爐內(nèi)的燒結(jié)區(qū)具有很強(qiáng)的氧化氣氛。在中性或還原氣氛里，在燒結(jié)電阻的溫度下，含有活性物質(zhì)的金屬氧化物會(huì)還原成純金屬。有時(shí)，會(huì)使電阻值降低一個(gè)數(shù)量級。高歐姆值的電阻比低歐姆值的更敏感。,.,70,3厚膜介質(zhì)材料,厚膜介質(zhì)材料是以多層結(jié)構(gòu)形式用作導(dǎo)體層間的絕緣體，可在介質(zhì)層上留有開口區(qū)或通孔以便相鄰導(dǎo)體層互連。厚膜介質(zhì)材料通常是結(jié)晶或可再結(jié)晶的，介質(zhì)材料在較低溫度下熔化后和玻璃相物質(zhì)混合形成熔點(diǎn)比燒結(jié)溫度更高的均勻組分，在隨后燒結(jié)過程中保持固態(tài)，提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。,.,71,厚膜介質(zhì)材料的燒結(jié)要求,燒結(jié)獲得的厚膜介質(zhì)材料膜必須連續(xù)、致密以起到消除層間短路的目的，但單層印刷燒結(jié)時(shí)往往存在有針孔等開口現(xiàn)象，通常需要燒結(jié)兩次，以消除針孔和防止短路。介質(zhì)材料膜必須具有良好的TCE匹配性，以減少基板受熱彎曲對引起的材料層間開裂。,.,72,4釉面材料,介質(zhì)釉面材料是可以在較低溫度（通常在550附近）下燒結(jié)的非晶玻璃。它們可以對電路提供機(jī)械保護(hù)，免于污染和水在導(dǎo)體之間的橋連，阻擋釬料散布，改善厚膜電阻調(diào)阻后的穩(wěn)定性。貴金屬例如金和銀，從本質(zhì)上來講是很軟