集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)課件

第三章厚/薄膜技術(shù)第三章厚/薄膜技術(shù)前課回顧1.芯片互連技術(shù)的分類2.WB技術(shù)、TAB技術(shù)與FCB技術(shù)的概念3.三種芯片互連技術(shù)的對(duì)比分析前課回顧1.芯片互連技術(shù)的分類2.WB技術(shù)、TAB技術(shù)與FC芯片互連技術(shù)對(duì)比分析芯片互連技術(shù)對(duì)比分析

厚膜技術(shù)簡介主要內(nèi)容

厚膜導(dǎo)體材料厚膜技術(shù)簡介主要內(nèi)容厚膜導(dǎo)體材料膜技術(shù)簡介厚膜（ThickFilm）技術(shù)和薄膜技術(shù)（ThinFilm）是電子封裝中的重要工藝技術(shù)，統(tǒng)稱為膜技術(shù)?？捎靡灾谱麟娮琛㈦娙莼螂姼械葻o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，從而完成混合（Hybrid）集成電路電子封裝。膜技術(shù)簡介厚膜（ThickFilm）技術(shù)和薄膜技術(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，HybridIntegratedCircuit）。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。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

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。厚膜漿料所有厚膜漿料通常有兩個(gè)共性：厚膜漿料牛頓流體指剪切應(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：τ=μγ式中：τ--所加剪切應(yīng)力；

γ--剪切速率（流速梯度）；

μ--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。牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體指剪切應(yīng)力與剪切變形速率成線性關(guān)系，即在受力后極易變厚膜多層制作步驟厚膜多層制作步驟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)。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傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—有效物質(zhì)漿料中的有效物質(zhì)決傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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？

物理過程因存在熱循環(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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—粘結(jié)成分粘接成分：主要有兩傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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)并通過燒結(jié)結(jié)合在一起。

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)。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—粘結(jié)成分金屬氧化物粘接機(jī)理：玻璃-傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘接劑通常是傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—溶劑或稀釋劑自然形態(tài)的有機(jī)配制漿料時(shí)，須將各成分按一定比例充分混合。制造過程開始于粉末態(tài)的物質(zhì)，通過從化學(xué)溶液中沉淀出來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⒃龀韯┗蚰z混合）后用球磨機(jī)使混合物充分混合來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。厚膜漿料的制備配制漿料時(shí)，須將各成分按一定比例充分混合。制造過程開球磨設(shè)備和臨界速率球磨設(shè)備和臨界速率厚膜漿料的參數(shù)：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)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(jí)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】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：厚膜導(dǎo)體材料厚膜導(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氧量狀態(tài)下易于氧化的材料（Cu、Ni和Al等）須還原氣氛燒結(jié)厚膜導(dǎo)體：難熔材料M和W，防止燒結(jié)過程中，其他物質(zhì)熱分解后被氧化。厚膜導(dǎo)體材料厚膜導(dǎo)體材料基本類型：厚膜導(dǎo)體材料厚膜導(dǎo)體材料性能【電遷移】與【可靠性】【金屬間化合物與歐姆接觸】【柯肯達(dá)爾效應(yīng)】【合金化】厚膜導(dǎo)體材料性能【電遷移】與【可靠性】第三章厚/薄膜技術(shù)第三章厚/薄膜技術(shù)前課回顧1.芯片互連技術(shù)的分類2.WB技術(shù)、TAB技術(shù)與FCB技術(shù)的概念3.三種芯片互連技術(shù)的對(duì)比分析前課回顧1.芯片互連技術(shù)的分類2.WB技術(shù)、TAB技術(shù)與FC芯片互連技術(shù)對(duì)比分析芯片互連技術(shù)對(duì)比分析

厚膜技術(shù)簡介主要內(nèi)容

厚膜導(dǎo)體材料厚膜技術(shù)簡介主要內(nèi)容厚膜導(dǎo)體材料膜技術(shù)簡介厚膜（ThickFilm）技術(shù)和薄膜技術(shù)（ThinFilm）是電子封裝中的重要工藝技術(shù)，統(tǒng)稱為膜技術(shù)?？捎靡灾谱麟娮?、電容或電感等無源器件，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，從而完成混合（Hybrid）集成電路電子封裝。膜技術(shù)簡介厚膜（ThickFilm）技術(shù)和薄膜技術(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，HybridIntegratedCircuit）。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。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

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。厚膜漿料所有厚膜漿料通常有兩個(gè)共性：厚膜漿料牛頓流體指剪切應(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：τ=μγ式中：τ--所加剪切應(yīng)力；

γ--剪切速率（流速梯度）；

μ--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。牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體指剪切應(yīng)力與剪切變形速率成線性關(guān)系，即在受力后極易變厚膜多層制作步驟厚膜多層制作步驟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)。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傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—有效物質(zhì)漿料中的有效物質(zhì)決傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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？

物理過程因存在熱循環(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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—粘結(jié)成分粘接成分：主要有兩傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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)并通過燒結(jié)結(jié)合在一起。

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)。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—粘結(jié)成分金屬氧化物粘接機(jī)理：玻璃-傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘接劑通常是傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—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。傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成分—溶劑或稀釋劑自然形態(tài)的有機(jī)配制漿料時(shí)，須將各成分按一定比例充分混合。制造過程開始于粉末態(tài)的物質(zhì)，通過從化學(xué)溶液中沉淀出來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)