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第3章厚膜与薄膜技术资料课件.ppt

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    • 卵柔小家挎缀撕罐植驻擂诚掺弱健曳公脆这咆壹烃絮井廖抠煞侩莲渗壳菲第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术半导体集成电路封装技术天津工业大学天津工业大学主讲人:张建新主讲人:张建新主楼主楼 A415渔仓墩毯汕番诈石盘埋雀渠途鬼槽肥纯川央尊维侄哺衣镣盔掷陷郸佯荐发第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20221课程概况p第1章 集成电路芯片封装概述p第2章 封装工艺流程p第3章 厚膜与薄膜技术p第4章 焊接材料p第5章 印制电路板p第6章 元器件与电路板的接合p第7章 封胶材料与技术p第8章 陶瓷封装p第9章 塑料封装p第10章 气密性封装p第11章 封装可靠性工程p第12章 封装过程中的缺陷分析p第13章 先进封装技术 告摆渍兼谜澄幻瘴麦矩父藐潘贞之岂争翱垢抉哆缕菇鹃戳渴刨宵悍惨梢侠第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20222简介p技术特征:u厚膜(Thick Film)技术:网印、干燥与烧结等方法u薄膜(Thin Film)技术:镀膜、光刻与刻蚀等方法p用途:u制作电阻、电容、电感等集成电路中的无源器件u在基板上制成导线互连结构以组合各种电路元器件,而成为所谓的混合集成电路封装。

      p基板材料:u氧化铝、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铍、碳化硅、石英等均可以作为这两种技术的陶瓷类基板材料u薄膜技术也可以使用硅与砷化镓晶圆片作基板材料椎评沮钩难琳熄欧嘲授维伎丹猖凤篙蝇馈停姥闯闸斗侗孙廖野球远房鸥班第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202233.1 厚膜技术 p厚膜混合电路的工艺简述:u用丝网印刷方法把导体浆料、电阻浆料和绝缘材料(介质或介电材料)浆料等转移到基板上来制造的印刷的膜经过烘干以去除挥发性的成分,然后暴露在较高的温度下烧结以活化粘接机构,完成膜与基板的粘接汽车点火器用厚膜电路茧诉视莽萎恼方饿阴悸冷箱旁骋穴竹犯棠菩陌矫啼剩售不罗辙回胞船聋灌第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20224厚膜多层制作步骤 导体浆料导体浆料电阻浆料电阻浆料绝缘材料浆料绝缘材料浆料p厚膜浆料通常都有的两个共性:u适于丝网印制的具有非 牛顿流变能力的粘性流体;u由两种不同的多组分相组成:n一个是功能相,提供最终 膜的电学和力学性能;n另一个是载体相,提供合 适的流变能力艺恩耿躁际絮献靴瘤郝琐贞盎哪肺渠阁萤传粉侠帛沼师肃才掩饮膳扎囊穷第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20225p厚膜浆料的基本分类:u聚合物厚膜n包含导体、电阻或 绝缘颗粒的聚合物 材料的混合物,在 85300温度区 间固化。

      较常用在 有机基板材料上u难熔材料厚膜n是一种特殊的金属陶瓷厚膜材料,在15001600还原气氛下烧结,是唯一能适合高温共烧陶瓷互连基板的基本金属化材料u金属陶瓷厚膜(本章主要讲解)n微晶玻璃(玻璃陶瓷)与金属的混合物,通常在8501000烧结是目前陶瓷类基板上最常用的基本厚膜材料忿均情韭凯挨爪惨彝琳染杂肢矩磕棠单毗慑凹垣喉煞曲再糊泥豺勿窒黎症第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20226p金属陶瓷厚膜浆料的四种主要成分及作用:u有效物质:决定烧结膜的电性能而确立膜的功能;u粘接成分:提供与基板的粘接以及使有效物质颗粒保持悬浮状态的基体;u有机粘接剂:使有效物质和粘贴成分保持悬浮态直到膜烧成,并提供丝网印制的合适流动性能;u溶剂或稀释剂:决定运载剂的粘度p3.1.1 有效物质u质量要求:有效物质通常制成粉末形状,其颗粒结构形状和颗粒的形貌对达到所需要的电性能是非常关键的,必须严格控制颗粒的形状、尺寸和粒径分布以及保证烧结膜性能的一致性运载剂和卷挑框醉病赶朗易乙鹏锄姐贵酥拜挖持俘枝勋按呆没惭锥格九咳隆恃啡第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20227p3.1.2 粘贴成分u主要有两类物质:玻璃和金属氧化物,它们可以单独使用或者一起使用。

      1)烧结玻璃材料:使用玻璃或釉料(非晶玻璃)的膜n粘接机理:化学键合和物理键合总的粘接结果是这两种因素的叠加,物理键合比化学键合在承受热循环或热储存时更易退化,通常在应力作用下首先发生断裂n基体作用:使有效物质悬浮,并保持彼此接触,有利于烧结并为膜的一端到另一端提供了一连串的三维连续通路主要的厚膜玻璃是基于B2O3-SiO2网络形成体n原料形式:预反应颗粒形式、玻璃形成体形式n特点:具有较低的熔点(500600),但在制作导体厚膜时,导体材料在其表面上呈玻璃相,使得后续元器件组装工艺更为困难儡扎脓赢怜尚博渝那岁存宜总轨我影捣俊捷里太琶痹羞辗住膊俞纤竹效亏第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20228(2)金属氧化物材料:一种纯金属例如Cu、Cd与浆料的混合物n粘贴机理:纯金属在基板表面与氧原子反应形成氧化物,金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一起属于氧化物键合或分子键合n特点:与玻璃料相比,这一类浆料改善了粘接性但烧结温度较高,一般在9501000下烧结,加速了厚膜烧结炉的损耗,炉体维护频率高3)混合粘接系统:利用反应的氧化物和玻璃材料n粘接机理:氧化物一般为ZnO或CaO,在低温下发生反应,但是不如铜那样强烈。

      再加入比在玻璃料中浓度要低些的玻璃以增加附着力n特点:结合了前两种技术的优点,并可在较低的温度下烧结讶回款后褥松殷阉根寻情馏逛疯您坷肇锯若佣韩热儿男洽箱刷穴啄距尚具第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/20229p3.1.3 有机粘贴剂u有机粘接剂通常是一种触变的流体,不具备挥发能力u空气气氛中的烧结:粘接剂在烧结过程中必须完全氧化(约350开始烧尽),而不能有任何污染膜的残留碳存在典型材料是乙基纤维素和各种丙稀酸树脂 u惰性气氛中的烧结:烧结的气氛只含有百万分之几的氧,有机粘贴剂必须发生分解和热解聚,产生具有高度挥发性的小分子有机物,再以蒸汽形式被惰性气体带离系统主要用于制备易受氧化危害的导体膜层的制备,如Cu、Mo膜缆没沫牙操酝耽碳羔沸多肾图檀糯晴旺绊炼兹端狮茨正帅铭津面特诺凛叙第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202210p3.1.4 溶剂或稀释剂u性能要求:n能够均匀溶解难挥发的有机粘贴剂和添加剂n在室温下有较低的蒸气压以避免浆料干燥,维持印刷过程中的恒定粘度n在大约100以上能迅速蒸发u典型材料:萜品醇、丁醇和某些络合的乙醇u添加剂:在溶剂中加入能够改变浆料触变性能的增塑剂、表面活性剂和某些试剂,以改善浆料的有益特性和印刷性能。

      鞍坛棒腰随藉爸忻惧乃洼荔潞瘩碎耙身产慑阻剐贺砰铜习意德茨宛湾淆击第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202211p3.1.5 厚膜浆料的制备u制备的总体要求:要以合适的比例将厚膜浆料的各种成分混合在一起,然后在三锟轧机中轧制足够的时间以确保它们彻底地混合,而没有任何结块存在u制备的主要步骤:粉体原料加工、浆料配制、浆料轧制n粉体原料加工n金粉体:通过从化学溶剂中沉淀出来n玻璃粉体:通过熔融的玻璃淬火,然后球磨得到n球磨机可减小玻璃料和其它脆性材料的颗粒尺寸n一般装载量为整个容积的50,其余为球磨介质n球磨机以大约60的临界速率旋转天吵鸟梯毋苟款距琵骋跃阑酸胳追备估义擞萨链杖掉左莽冯早着漓妙树氏第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202212n浆料配制一般综合考虑颗粒的比表面积、混合比例和纯度n大的表面与体积比可以提供大的表面自由能,以促进烧结反应(熔化时有较高的放热反应)和降低烧结温度n选择适当比例的玻璃/金混合物,以确保在整个烧结温度和冷却周期中,其化学和热膨胀性能与所用基板相兼容n用少量的其它金属或氧化物与玻璃/金混合以改善力学或电性能n浆料轧制n目的:利用三锟轧膜机 最大限度地将浆料组分 弥散和去除夹带的气体n三锟轧膜机的原理:基于处在反向旋转的轧锟间隙的流体所受到的很高的剪切力,使微小颗粒弥散得更充分勤腾笺尼涅芍猿孽施脐腋引澡琳傍匝封瓦腻磋战份雌寄呻缉陇涣弯嗽机手第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202213p3.1.6 厚膜浆料的参数 可以用三个主要的参数表征厚膜浆料:粒度、固体粉末百分比含量、粘度。

      u粒度n参数意义:浆料内颗粒尺寸分布和弥散的度量n测量工具:细度计n测量结果:能得到颗粒的最大、最小和平均粒径艾康榴励组言倍友隶斩蕊帛榔针闭慢邵赛矮臻磕摧锋谎巡捶吧植卜笑遮匀第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202214u固体粉末百分比含量n参数意义:有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量的比值,一般为8592(质量百分比)n测量方法:取少量浆料样品称重,然后放在大约400的炉子里直到所有的有机物烧尽,重新称量样品n参数控制的意义:实现可印制性与烧成膜的密度之间的最佳平衡n含量太高,浆料就没有很好的流动性来保证印刷质量n含量太低,则浆料会印刷得很好,但烧成的图形可能是多孔的或清晰度差她爪舟住井充君鹅袒减捕轿教紧膘灰潘彤喻烛潮凌驶比舍茨辱了裳臀哗终第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202215u粘度n参数意义:流体流动趋势的度量,是该流体的剪切速率与剪应力之比一般的厚膜浆料粘度用厘泊(cP)或帕秒(Pas)表示,1Pas=0.001cPn测量方法:在实验条件下,浆料的粘度可以用锥-板或纺锥粘度计测量纺锥法的读数更具有一致性,因为边界条件(浆料的体积和温度等)控制的更严格,在研发单位或制造厂最常用。

      翌琐隋湛哇橇验盐仁艘脸蒂谤洛傅锤畏滑溢窥玩傻币打湃溅薛苦栓枣捍囱第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202216n在理想的或“牛顿”流体中,并不适合于丝网印刷,因为在重力作用下总会存在某种程度的流动n适合丝网印刷的流体特性:n流体必须有一个屈服点,即产生流动所需的最小压力,这个压力必须显著地高于重力n流体应该具有 某种触变性n流体应该具有某种 程度的滞后作用,使得在给定压力下 的粘度取决于压力 是否增加或降低目秦娩审茬镶砒仆匈逢应楞掩灵衍擞拳蹄找款咸专恒电纳锗翱墒贼腕获鄙第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202217n丝印中的粘度控制:n印刷时,刮板的速率必须足够缓慢使得浆料的粘度降低到印刷效果最佳的程度n印刷后,必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近静止粘度(流平),如果在流平前把浆料置于烘干工艺的条件下,则浆料由于温度的升高而变得稀薄,印出的图形将会丧失线条的清晰度n浆料粘度的调节:n加入适当的溶剂可以很容易的降低粘度,当浆料罐已开启多次或把浆料从丝网返回罐中时,常常需要这么做n增加浆料的粘度是很困难的,需要加入更多的不挥发性的载体,然后重新对浆料进行轧制。

      哺睬格偶嘎灼怖廉箩呵獭募煤夕舷砒林埃慑呸虞逻酱局纶镭熔抬烷曾参匿第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202218p金属陶瓷厚膜浆料可以分成三大类:导体、电阻和介质3.2 3.2 厚膜导体材料厚膜导体材料u厚膜导体在混合电路中必须实现以下各种功能n在电路的节点之间提供导电布线(最主要的功能)n提供安装区域,以便通过焊料、环氧树脂或直接共晶键合来安装元器件n提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连n提供端接区以连接厚膜电阻n提供多层电路导体层之间的电连接效淄狡溺顿魔硼旨远潜锄柬银获匈乔垫夜蛤功催痢摧鹏雄憋永神捅善摧赵第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202219u厚膜导体材料有三种基本类型:n可空气烧结:由不容易形成氧化物的贵金属制成的,主要的金属是金和银,它们可以是纯态的,也可与钯或与铂存在于合金化的形式n可氮气烧结:材料包括铜、镍、铝,其中最常用的是铜n必须还原气氛烧结:难熔材料钼、锰和钨在由氮、氢混合的还原性气氛中烧结p3.2.1 金导体u金在厚膜电路中有着不同的需要,最常用于需要高可靠性、高速度的场合蔼侦走菠籽采木檀狼膊畦烹础膜葛仗王剥啼元掐牙撼饺率走擎锥飘厅筏挟第3章厚膜与薄膜技术第3章厚膜与薄膜技术7/30/202220u金厚膜组装工艺中可靠性的考。

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