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(yè)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(duì)比分析集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第2頁(yè)芯片互連技術(shù)對(duì)比分析集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第3頁(yè)

厚膜技術(shù)介紹主要內(nèi)容

厚膜導(dǎo)體材料集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第4頁(yè)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)?？捎靡灾谱麟娮?、電容或電感等無(wú)源器件，也能夠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。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第5頁(yè)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(wú)源元件及導(dǎo)體形成于散熱良好陶瓷絕緣基板表面,并用激光處理到達(dá)線路所需之精密度,再采取SMT技術(shù),將IC或其它元器件進(jìn)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(shí)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(gè)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(yè)

較之普通PCB，厚膜電路在散熱性和穩(wěn)定性方面優(yōu)勢(shì)顯著；而且，比普通PCB能更適應(yīng)環(huán)境。因?yàn)槠囯娮赢a(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(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(wú)法滿足這些環(huán)境條件需求時(shí)，厚膜電路就會(huì)表達(dá)出它價(jià)值?；诤衲る娐吩诟邷?、高壓、大功率應(yīng)用中有極大優(yōu)勢(shì)。普通主要應(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)用集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第7頁(yè)全部厚膜漿料通常有兩個(gè)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(gè)是功效相，提供最終膜電和力學(xué)性能，另一個(gè)是載體相（粘合劑），提供適當(dāng)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(yè)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(yīng)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(yīng)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(yè)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(yè)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(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，慣用于有機(jī)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(yè)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(jī)粘結(jié)劑—提供絲網(wǎng)印刷時(shí)適當(dāng)流動(dòng)性能；溶劑或稀釋劑—決定運(yùn)載劑粘度集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第12頁(yè)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(dǎo)體，假如是金屬氧化物則是一個(gè)電阻；假如有效物質(zhì)是一個(gè)絕緣材料，則燒結(jié)后膜是一個(gè)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(qiáng)度電場(chǎng)情況下，會(huì)造成電擊穿成為導(dǎo)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(yè)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(dú)使用或者一起使用。玻璃材料粘接機(jī)理：【與基板中玻璃發(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)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。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第14頁(yè)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(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)并經(jīng)過燒結(jié)結(jié)合在一起。

金屬氧化物粘結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)？玻璃-氧化物粘接機(jī)理：氧化物普通為氧化鋅或氧化鈣，低溫下可發(fā)生反應(yīng)，克服了上述兩種粘結(jié)劑缺點(diǎn)，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(yè)傳統(tǒng)金屬陶瓷厚膜漿料成份—有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘接劑通常是一個(gè)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(dòng)特征以進(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，不能存在有影響膜殘余物質(zhì)（C）存在。氮?dú)庵袩Y(jié)有機(jī)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(yè)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(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)劑較輕易揮發(fā)，在大約100℃以上就會(huì)快速蒸發(fā)，經(jīng)典材料是萜品醇、丁醇和一些絡(luò)合乙醇；溶劑或稀釋劑用于燒結(jié)前有機(jī)粘結(jié)劑稀釋，烘干和燒結(jié)時(shí)揮發(fā)掉。集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第17頁(yè)配制漿料時(shí)，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(xué)溶液中沉淀出來(lái)金形成金粉末與細(xì)篩玻璃粉混合，加入運(yùn)載劑（由適當(dāng)溶劑、增稠劑或膠混合）后用球磨機(jī)使混合物充分混合來(lái)減小玻璃料和其它脆性材料顆粒尺寸，最終由三輥軋膜機(jī)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(yè)球磨設(shè)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(yè)厚膜漿料參數(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）。厚膜漿料參數(shù)為適應(yīng)絲網(wǎng)印刷，漿料需含有下述特征：【流體比須含有一個(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)含有某種觸變性】—剪切速率影響流體流動(dòng)性【流體應(yīng)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(yè)厚膜導(dǎo)體在混合電路中實(shí)現(xiàn)功效：【提供電路節(jié)點(diǎn)間導(dǎo)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(jí)組裝互連】【提供厚膜電阻端接區(qū)】【提供多層電路導(dǎo)體層間電氣連接】厚膜導(dǎo)體材料集成電路芯片封裝技術(shù)之厚膜技術(shù)第21頁(yè)厚膜導(dǎo)體材料基本類型：可空氣燒結(jié)厚膜導(dǎo)體：主要是指不輕易形成氧化物金屬材料(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)下易于氧化材料（C