厚膜與薄膜技術(shù)

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1、半導體集成電路封裝技術(shù)天津工業(yè)大學主講人：張建新主樓A4157/20/20211課程概況第1章集成電路芯片封裝概述第2章封裝工藝流程第3章厚膜與薄膜技術(shù)第4章焊接材料第5章印制電路板第6章元器件與電路板的接合第7章封膠材料與技術(shù)第8章陶瓷封裝第9章塑料封裝第10章氣密性封裝第11章封裝可靠性工程第12章封裝過程中的缺陷分析第13章先進封裝技術(shù)7/20/20212簡介技術(shù)特征：厚膜（ThickFilm）技術(shù)：網(wǎng)印、干燥與燒結(jié)等方法薄膜（ThinFilm）技術(shù)：鍍膜、光刻與刻蝕等方法用途：制作電阻、電容、電感等集

2、成電路中的無源器件。在基板上制成導線互連結(jié)構(gòu)以組合各種電路元器件，而成為所謂的混合集成電路封裝?；宀牧希貉趸X、玻璃陶瓷、氮化鋁、氧化鈹、碳化硅、石英等均可以作為這兩種技術(shù)的陶瓷類基板材料薄膜技術(shù)也可以使用硅與砷化鎵晶圓片作基板材料7/20/202133.1厚膜技術(shù)厚膜混合電路的工藝簡述：用絲網(wǎng)印刷方法把導體漿料、電阻漿料和絕緣材料(介質(zhì)或介電材料)漿料等轉(zhuǎn)移到基板上來制造的。印刷的膜經(jīng)過烘干以去除揮發(fā)性的成分，然后暴露在較高的溫度下燒結(jié)以活化粘接機構(gòu)，完成膜與基板的粘接。汽車點火器用厚膜電路7/20/20

3、214厚膜多層制作步驟導體漿料電阻漿料絕緣材料漿料厚膜漿料通常都有的兩個共性：適于絲網(wǎng)印制的具有非牛頓流變能力的粘性流體；由兩種不同的多組分相組成：一個是功能相，提供最終膜的電學和力學性能；另一個是載體相，提供合適的流變能力。7/20/20215厚膜漿料的基本分類：聚合物厚膜包含導體、電阻或絕緣顆粒的聚合物材料的混合物，在85～300℃溫度區(qū)間固化。較常用在有機基板材料上。難熔材料厚膜是一種特殊的金屬陶瓷厚膜材料，在1500～1600℃還原氣氛下燒結(jié)，是唯一能適合高溫共燒陶瓷互連基板的基本金屬化材料金屬陶瓷厚

4、膜（本章主要講解）微晶玻璃（玻璃陶瓷）與金屬的混合物，通常在850～1000℃燒結(jié)。是目前陶瓷類基板上最常用的基本厚膜材料7/20/20216金屬陶瓷厚膜漿料的四種主要成分及作用：有效物質(zhì)：決定燒結(jié)膜的電性能而確立膜的功能；粘接成分：提供與基板的粘接以及使有效物質(zhì)顆粒保持懸浮狀態(tài)的基體；有機粘接劑：使有效物質(zhì)和粘貼成分保持懸浮態(tài)直到膜燒成，并提供絲網(wǎng)印制的合適流動性能；溶劑或稀釋劑：決定運載劑的粘度。3.1.1有效物質(zhì)質(zhì)量要求：有效物質(zhì)通常制成粉末形狀，其顆粒結(jié)構(gòu)形狀和顆粒的形貌對達到所需要的電性能是非常關(guān)鍵

5、的，必須嚴格控制顆粒的形狀、尺寸和粒徑分布以及保證燒結(jié)膜性能的一致性。運載劑7/20/202173.1.2粘貼成分主要有兩類物質(zhì)：玻璃和金屬氧化物，它們可以單獨使用或者一起使用。（1）燒結(jié)玻璃材料：使用玻璃或釉料(非晶玻璃)的膜粘接機理：化學鍵合和物理鍵合。總的粘接結(jié)果是這兩種因素的疊加，物理鍵合比化學鍵合在承受熱循環(huán)或熱儲存時更易退化，通常在應(yīng)力作用下首先發(fā)生斷裂?；w作用：使有效物質(zhì)懸浮，并保持彼此接觸，有利于燒結(jié)并為膜的一端到另一端提供了一連串的三維連續(xù)通路。主要的厚膜玻璃是基于B2O3-SiO2網(wǎng)絡(luò)形

6、成體。原料形式：預(yù)反應(yīng)顆粒形式、玻璃形成體形式特點：具有較低的熔點（500～600℃），但在制作導體厚膜時，導體材料在其表面上呈玻璃相，使得后續(xù)元器件組裝工藝更為困難。7/20/20218（2）金屬氧化物材料：一種純金屬例如Cu、Cd與漿料的混合物粘貼機理：純金屬在基板表面與氧原子反應(yīng)形成氧化物，金屬與其氧化物粘接并通過燒結(jié)而結(jié)合在一起。屬于氧化物鍵合或分子鍵合。特點：與玻璃料相比，這一類漿料改善了粘接性。但燒結(jié)溫度較高，一般在950～1000℃下燒結(jié)，加速了厚膜燒結(jié)爐的損耗，爐體維護頻率高。（3）混合粘接系

7、統(tǒng)：利用反應(yīng)的氧化物和玻璃材料。粘接機理：氧化物一般為ZnO或CaO，在低溫下發(fā)生反應(yīng)，但是不如銅那樣強烈。再加入比在玻璃料中濃度要低些的玻璃以增加附著力。特點：結(jié)合了前兩種技術(shù)的優(yōu)點，并可在較低的溫度下燒結(jié)。7/20/202193.1.3有機粘貼劑有機粘接劑通常是一種觸變的流體，不具備揮發(fā)能力空氣氣氛中的燒結(jié)：粘接劑在燒結(jié)過程中必須完全氧化（約350℃開始燒盡），而不能有任何污染膜的殘留碳存在。典型材料是乙基纖維素和各種丙稀酸樹脂惰性氣氛中的燒結(jié)：燒結(jié)的氣氛只含有百萬分之幾的氧，有機粘貼劑必須發(fā)生分解和熱解

8、聚，產(chǎn)生具有高度揮發(fā)性的小分子有機物，再以蒸汽形式被惰性氣體帶離系統(tǒng)。主要用于制備易受氧化危害的導體膜層的制備，如Cu、Mo膜。7/20/2021103.1.4溶劑或稀釋劑性能要求：能夠均勻溶解難揮發(fā)的有機粘貼劑和添加劑在室溫下有較低的蒸氣壓以避免漿料干燥，維持印刷過程中的恒定粘度在大約100℃以上能迅速蒸發(fā)。典型材料：萜品醇、丁醇和某些絡(luò)合的乙醇添加劑：在溶劑中加入能夠改變漿料觸變性能的增塑劑、表