厚膜基礎的學習資料

厚膜基礎的學習資料第1頁/共32頁厚膜混合微電路是依賴于材料的一種電子元器件封裝方法，它是介于組裝常規(guī)電子元器件的PCB板和單片集成電路之間的一種電路封裝手段。厚膜混合電路中使用的電阻和導體膜層材料----由懸浮在有機結(jié)合劑中的顆粒狀的金屬、金屬氧化物及玻璃粉末的混合物構成。介質(zhì)漿料---由懸浮在有機結(jié)合劑中的諸如金屬氧化物、半導體材料和玻璃粉材料這類絕緣材料的混合物構成。第2頁/共32頁4.1厚膜基片—無源材料（機械基底和絕緣作用）理想的厚膜基片：穩(wěn)定的物理特性、高的熱導率、低的電導率及好的熱穩(wěn)定性（承受850℃高溫和55℃低溫的工作循環(huán)要求），成本低廉，易大量獲得。重要參數(shù)：介質(zhì)損耗離子遷移和空間電荷極化是陶瓷材料介質(zhì)損耗的兩大原因。第3頁/共32頁4.1.1基片材料厚膜材料通常用氧化鋁、氧化鈹、氧化鎂、二氧化釷、氧化鋯或這些材料的組合的陶瓷材料生產(chǎn)。陶瓷：與硅接近的匹配的熱膨脹系數(shù)，較高的熱導率，更好的尺寸穩(wěn)定性，電氣特性好。氧化鋁：含4%-6%玻璃的氧化鋁氧化鈹：大功率應用領域，潛在的致癌和有毒物質(zhì)氮化鋁：新型陶瓷材料。滑石:介電常數(shù)低。第4頁/共32頁特殊材料：在低碳鋼基片上覆蓋一層電子級釉料。難點：釉料是一種低堿含量的玻璃料，在高溫中會產(chǎn)生問題。缺點：高頻時有耦合到不銹鋼基片上的電容。第5頁/共32頁4.1.2物理特性表面光潔度：電阻精度和印刷膜層的附著力依賴于此。定義：中心線平均值（CLA），意味著在波峰和波谷之間設定中心線，是在表面剖面曲線測量偏差的算術平均值。

CLA=（A+B+C+D）/LA、B、C、D代表中心上面或下面的面積，L是基片選定的長度。第6頁/共32頁翹曲度或平坦度定義：在基片上從一端到另一端彎曲度的總合基片形狀和通孔加工第7頁/共32頁4.1.3基片制造干粉工藝：條件：基片厚度大于0.04in(0.1cm)P107圖4.3制造工藝流程優(yōu)點：允許制造長/寬比相對高的基片。第8頁/共32頁流延工藝：基片厚度小于0.04in(0.1cm)

第9頁/共32頁流延成型的具體工藝過程1.將陶瓷粉末與分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑在溶劑中混合，形成均勻穩(wěn)定懸浮的漿料。2.成型時漿料從料斗下部流至基帶之上，通過基帶與刮刀的相對運動形成坯膜，坯膜的厚度由刮刀控制。3.將坯膜連同基帶一起送入烘干室，溶劑蒸發(fā)，有機結(jié)合劑在陶瓷顆粒間形成網(wǎng)絡結(jié)構，形成具有一定強度和柔韌性的坯片，干燥的坯片連同基帶一起卷軸待用。4.在儲存過程中使殘留溶劑分布均勻，消除濕度梯度。然后可按所需形狀切割、沖片或打孔。5.最后經(jīng)過脫脂燒結(jié)得到成品。第10頁/共32頁第11頁/共32頁成型技術的比較成型方法成型用料成型自由度均勻性效率成本模壓成型粉料2.5差中等低等靜壓粉料2.5中等中等中等注漿成型懸浮體2.5合理低低流延成型懸浮體1好高中等注射成型塑性料3好中等高第12頁/共32頁流延成型（doctor-bladingprocess)，又稱帶式澆鑄法，刮刀法。流延成型工藝定義及原理：首先把粉碎好的粉料與粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑、溶劑混合制成具有一定黏度的料漿，料漿從料斗流下，被刮刀以一定厚度刮壓涂敷在專用基帶上，經(jīng)干燥、固化后從上剝下成為生坯帶的薄膜，然后根據(jù)成品的尺寸和形狀需要對生坯帶作沖切、層合等加工處理，制成待燒結(jié)的毛坯成品。第13頁/共32頁第14頁/共32頁特點：特別適合成型0.2MM--3MM厚度的片狀陶瓷制品，生產(chǎn)此類產(chǎn)品具有速度快、自動化程度高、效率高、產(chǎn)品組織結(jié)構均勻、質(zhì)量好等諸多優(yōu)勢。

缺點：粘結(jié)劑含量高，因而收縮率較大，高達20%~21%

第15頁/共32頁非水基流延成型工藝，即傳統(tǒng)的流延工藝脫脂燒結(jié)第16頁/共32頁水基流延成型工藝水基流延成型工藝使用水基溶劑替代有機溶劑，由于水分子是極性分子，而粘結(jié)劑、增塑劑和分散劑等是有機添加劑，與水分子之間存在相容性的問題，因此在添加劑的選擇上，需選擇水溶性或者能夠在水中形成穩(wěn)定乳濁液的有機物以確保得到均一穩(wěn)定的漿料。同時還應在保證漿料穩(wěn)定懸浮的前提下，使分散劑的用量盡量地少，同時在保證素坯強度和柔韌性的前提下使粘結(jié)劑、增塑劑等的有機物的用量盡可能少。第17頁/共32頁水基流延成型工藝優(yōu)缺點水基流延成型具有價格低廉，無毒性，不易燃等優(yōu)點，但也存在一些問題：a)蒸發(fā)速度低；b)所需的粘結(jié)劑濃度高；c)氫鍵引起陶瓷粉末團聚導致絮凝；d)漿料對工藝參數(shù)變化敏感，不易成型表面致密光滑的陶瓷膜；e)坯體結(jié)合不充分，干燥易起泡開裂，脆性大，易彎曲變形；f)缺陷引起應力集中，導致燒結(jié)開裂。目前，水基流延成型的研究主要應用于Al2O3，ZrO2等少數(shù)的氧化物陶瓷，對TiC也有研究。第18頁/共32頁凝膠流延成型工藝水基凝膠流延成型工藝是利用有機單體的聚合原理進行流延成型。優(yōu)點:可以極大地降低漿料中有機物的使用量，提高漿料的固相含量，因而提高素坯的密度和強度，同時大大減輕環(huán)境污染，并顯著降低生產(chǎn)成本。目前凝膠流延成型工藝已經(jīng)應用于研制氧化鋁陶瓷薄片及燃料電池YSZ等領域。第19頁/共32頁由于流延法一般用于制造超薄型制品，因此坯料的細度、粒形要求比較高。粒度越細，粒形越圓滑，薄坯的質(zhì)量越高。這樣才能使料漿具有良好的流動性，同時在厚度方面能保持有一定的堆積個數(shù)。例如，制取40μm厚的薄坯時，在厚度方向上的堆積個數(shù)一般要求20個以上，那么要求2μm以下粒徑的粉料要占90%以上，才能保證薄坯的質(zhì)量，因此通常流延法采用微米級的顆粒。料漿要求第20頁/共32頁流延缺陷及原因分析流延成型過程中由于工藝參數(shù)控制不當，或者是粉料本身有缺陷等因素，容易造成諸如起皮、裂紋、氣孔、疤痕、雜質(zhì)等各種缺陷。結(jié)合具體過程，對常見的流延缺陷，進行分析，并加以控制。第21頁/共32頁裂紋裂紋，因為漿料不均勻，粘結(jié)劑太少，或干燥速度太快，使基片不能均勻地干燥收縮，上下表面收縮不一致或者是不同地方收縮不一致，產(chǎn)生應力集中將基片拉裂。通過調(diào)整漿料粘度、各添加劑加入比例，降低干燥速度可以避免裂紋的出現(xiàn)。

(a)第22頁/共32頁凹坑凹坑，由于溶劑的揮發(fā)速率和擴散速率不易達到平衡，流延膜不同部位的收縮速率存在差別，膜內(nèi)部容易產(chǎn)生應力和缺陷?；蛘呤橇餮訚{料還存有氣泡，而且干燥速度太快，塑性劑與粘結(jié)劑難以在干燥前填充溶劑揮發(fā)留下的氣孔所引起。(b)第23頁/共32頁起皮起皮是因為上表面因溶劑揮發(fā)快，塑性劑與粘結(jié)劑很快在表面形成一層極薄的“聚合物硬皮”，它抑制下層溶劑的揮發(fā)，使上下表面不能同時干燥收縮，在素坯厚度方向會產(chǎn)生較大的密度梯度，嚴重時會導致素坯開裂。通過調(diào)整干燥速度、干燥溫度、濕度等可以避免出現(xiàn)這種情況。(c)第24頁/共32頁燒結(jié)定義：粉末成型體在低于熔點的高溫作用下，產(chǎn)生顆粒間的粘附，通過物質(zhì)傳遞遷移，使成型坯體變成具有一定幾何形狀和性能，即有一定強度的致密體的過程，稱為燒結(jié)。兩個階段：預燒——400-550℃，將有機溶劑、潤滑劑和塑形劑燒掉。燒結(jié)：1500-1700℃第25頁/共32頁1）常規(guī)燒結(jié)（是否出現(xiàn)液相）

2.分類固相燒結(jié)：在燒結(jié)溫度下基本上無液相出現(xiàn)的燒結(jié)，如高純氧化物之間的燒結(jié)過程液相燒結(jié)：有液相參與下的燒結(jié)，如多組分物系在燒結(jié)溫度下常有液相出現(xiàn)，<45%。反應燒結(jié)熱壓燒結(jié)電火花燒結(jié)2）非常規(guī)燒結(jié)（特種燒結(jié)）等靜壓燒結(jié)活化燒結(jié)微波燒結(jié)第26頁/共32頁燒結(jié)初期：坯體中顆粒重排，接觸處產(chǎn)生鍵合，空隙變形、縮小（即大氣孔消失），固-氣總表面積沒有變化。燒結(jié)中期：傳質(zhì)開始，粒界增大，空隙進一步變形、縮小，但仍然連通，形如隧道。燒結(jié)后期：傳質(zhì)繼續(xù)進行，粒子長大，氣孔變成孤立閉氣孔，密度達到95%以上，制品強度提高。燒結(jié)過程可以分為三個階段：燒結(jié)初期、中期和后期。第27頁/共32頁粉狀成型體的燒結(jié)過程示意圖2.燒結(jié)過程的模型示意圖第28頁/共32頁燒結(jié)溫度對燒結(jié)體性能的影響

陶瓷制品在固相燒結(jié)過程中，密度與晶粒的變化是最基本的變化。隨著燒結(jié)溫度的升高，體積收縮率增加，1450℃到1500℃間坯體收縮較大，而超過