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1、第三章厚膜沉積技術(shù)本章主要介紹厚膜印刷工藝中所涉及到的一些具體問題。其中涉及厚膜材料的選擇；厚膜漿料的特性與選擇；絲網(wǎng)印刷過程中絲網(wǎng)、掩模、印刷等工藝；印刷中各外界因素對成膜特性的影響等。另外，還介紹了烘干、燒結(jié)等工藝過程。厚膜漿料的組成與特性厚膜電路是在所需的陶瓷基片上，通過絲網(wǎng)印刷粘性漿料形式的導電的、電阻性的和絕緣的材料。將印刷的厚膜漿料烘干以去除易揮發(fā)的成分，并且暴露在高溫下激活粘結(jié)機理，使厚膜粘附于基板上。利用這種方式，通過逐次沉積各層，可以形成多層之間互連結(jié)構(gòu)，其中還可以包含集成的電阻、電容和電感。所有的厚膜漿
2、料都有兩個共同的一般特征：1.它們都是符合非牛頓流變學的粘性流體，適合絲網(wǎng)印刷。牛頓流體的研究對象是水或氣體等小分子流體，牛頓流體定律中的比例系數(shù)即粘度是一個不變的常數(shù)，這類流體稱為“牛頓流體”。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量新型流體，若套用牛頓流體公式，會發(fā)現(xiàn)它們的粘度不再是一個不變的常數(shù)，人們將這類流體稱為“非牛頓流體”。例如，當我們在油漆家具或粉刷墻面時，希望涂層越均勻越平整越好。但在垂直面上要做到這一點并不容易。其實，油漆和涂料就是非牛頓流體，它們的粘度是可變的。我們選定油漆、涂料的配方時，可使油漆或涂料在涂刷
3、時粘度很小，而一旦刷子離開，粘度又變得很大，不會自行下流。這樣既涂刷省力又質(zhì)量上乘。涂料的這種特殊性質(zhì)，用術(shù)語就稱為“觸變性”。也就是說，涂料或油漆這種非牛頓流體當有外力作用時粘度變得很小，沒有外力時又變得很大，具有這種流變性能的流體稱為“剪切變稀流體”。2.厚膜漿料都由兩類不同的多組份相組成，一類相用于實現(xiàn)厚膜的電學和機械特性，一類載體相提供適當?shù)牧髯冃浴：衲{料即為具有剪切變稀性質(zhì)的非牛頓流體常規(guī)的厚膜漿料有四個主要成分：a.形成膜功能的有效成分b.提供基板與保持活性粒子懸浮狀態(tài)的結(jié)合料之間粘結(jié)的粘結(jié)相c.提供合適的流
4、體特性以適用于絲網(wǎng)印刷的有機粘合劑d.調(diào)節(jié)載體相粘性的溶劑或稀釋劑a.有效成分漿料中的有效成分決定了燒結(jié)厚膜的電學特性。若有效成分是金屬，燒結(jié)厚膜將會是導體；若是導電的金屬氧化物，燒結(jié)膜將會是電阻；若是絕緣體，燒結(jié)膜將會是電介質(zhì)。有效成分一般是顆粒尺寸在1~10微米之間的粉末，平均直徑在5微米左右。顆粒的表面形貌可根據(jù)制作金屬粒子方法不同有很大差別，球形、薄片狀的顆粒均可由粉末制造工藝得到。必須嚴格控制粒子形態(tài)、尺寸和分布狀態(tài)以保證燒結(jié)膜性能的均勻性。b.粘結(jié)成分有兩種主要的成分用于厚膜與基板的粘結(jié)：玻璃和金屬氧化物，兩者
5、可以單獨使用，也可以混合使用。采用玻璃或玻璃料作為粘結(jié)的成份的厚膜也成為玻璃釉材料。它有兩種粘結(jié)機理，即化學反應(yīng)和物理反應(yīng)。在化學反應(yīng)中，熔融的玻璃在一定程度上和基板上的玻璃相發(fā)生化學反應(yīng)。在物理反應(yīng)中，在基板不規(guī)則的表面流動，流入孔和氣孔中，緊縛在基板表面的細小露頭上?？偟恼辰Y(jié)強度是兩種因素的總和。在熱循環(huán)過程中，物理結(jié)合比化學結(jié)合更易受影響而退化，在應(yīng)力作用下先斷裂。第二類材料利用金屬氧化物提供和基板的粘結(jié)。純金屬如銅或鎘和漿料混合并且與基片表面氧原子發(fā)生反應(yīng)生成氧化物。燒結(jié)使膜層、氧化物和基板發(fā)生熔接。但是，金屬氧化
6、物的生成需要很高的溫度(950~1000攝氏度)，成為此方法一大缺陷。第三類材料同時利用氧化物和玻璃，典型的氧化物材料是ZnO或CaO,同時加入玻璃來增加粘結(jié)強度和降低反應(yīng)溫度。它結(jié)合了兩種技術(shù)的優(yōu)點，可在低溫下燒結(jié)。c.有機粘合劑有機粘合劑一般是觸變流體，使用它有兩個目的：在膜燒結(jié)前，使有效成份和粘結(jié)成份保持懸浮狀態(tài)，同時，在絲網(wǎng)印刷過程中使?jié){料具有合適的流體特性。有機粘合劑一般都是不揮發(fā)的有機物，它不蒸發(fā)，但在350攝氏度左右會開始燃燒。在燒結(jié)過程中粘結(jié)劑必須完全被氧化，才不會產(chǎn)生玷污表面的碳。用作有機粘合劑典型的材料
7、是乙基纖維素和各種丙烯酸酯類。d.溶劑或稀釋劑有機粘合劑太稠，不能進行絲網(wǎng)印刷，還需加入溶劑和稀釋劑。稀釋劑要比粘合劑揮發(fā)性強，約100攝氏度以上就很快揮發(fā)。溶劑中還要加入增塑劑、表面活化劑和能改變漿料觸變特性的觸變劑以改善漿料性能和印刷特性。典型的稀釋劑主要成分是松油醇、丁基卡必醇等醇類合成物。例.鈀銀導體漿料的典型配方固體微粒：導電相：Ag56.4%,Pd14.1%粘結(jié)相：3%，硼硅玻璃1.5%載體(25%)：有機粘合劑：乙基纖維素溶劑：丁基卡必醇醋酸酯為了完成按配比加工，厚膜漿料的各組分按一定比例混合在一起并用三輥球
8、磨機研磨足夠長時間，以保證徹底的混合。目前，國外研究生產(chǎn)電子漿料的公司很多，領(lǐng)袖當屬1802年創(chuàng)建的美國杜邦公司(Dupont).厚膜材料的特性與選擇一、厚膜導體材料厚膜導體中的導體材料分為貴金屬和賤金屬兩大類。對于厚膜導體金屬的要求主要有以下幾點：1)電導率高,TCR??；2)與玻璃不發(fā)生反應(yīng)，不向厚膜
