厚膜混合集成电路-第章课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,厚膜混合集成电路 第章,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,二级,三级,四级,五级,厚膜混合集成电路 第章,*,第二章 厚膜元件与材料,2.1,厚膜基板,2.2,厚膜导体与材料,2.3,厚膜电阻及材料,2.4,厚膜介质材料,2.5,厚膜铁氧体磁性材料及厚膜电感器,2.6,其他厚膜材料,1,厚膜混合集成电路 第章,2.1,厚膜基板,一、基板的作用与要求,1.,作用,承载作用：厚膜元件、外贴元器件、互连导体以及整个电路；,绝缘作用：提供元器件之间的电绝缘；,导热、散热作用：将元器件工作时产生的热量即时散发出去；,2,厚膜混合集成电路 第章,3,厚膜混合集成电路 第章,4,厚膜混合集成电路 第章,2,、要求,基板的性能对厚膜元件和整个电路性能、工艺有很大的影响，特别在可靠性和工艺重现性等方面关系十分密切。,基板要求,:,1,）表面性能,表面平整、光滑，具有适当的表面光洁度。,2,）电性能,v,、,s,高，,tg,小，保证绝缘性能。,5,厚膜混合集成电路 第章,3,）热性能,导热性高,基板的热膨胀系数应与电路所用的材料相,匹配。,4,）机械性能,机械强度和硬度高,-,能经受机械振动、冲,击和热冲击,良好的加工性能,-,切割、加工和钻孔等,6,厚膜混合集成电路 第章,5,）化学性能,化学稳定性高,-,不受各种化学试剂和溶剂,的影响。,与电路材料有很好的相容性。,6,）其他性能,耐高温，经受多次高温烧结不变形,;,成本要低,;,重量轻,;,7,厚膜混合集成电路 第章,二、常用的基板材料,常用基板种类：,陶瓷基板；,金属（包括金属芯型）基板；,树脂基板；,8,厚膜混合集成电路 第章,氧化铝陶瓷基板,金属基板,9,厚膜混合集成电路 第章,树脂基板,10,厚膜混合集成电路 第章,1,、陶瓷基板：,优点,：耐高温（,1000,），热胀系数小，导热性,好，绝缘强度高。,缺点,：脆、易碎。,种类,：氧化铝陶瓷（,Al,2,O,3,）、氧化铍（,BeO,）、,氮化铝（,AlN,）、碳化硅（,SiC,）、多层陶,瓷基板。,11,厚膜混合集成电路 第章,1,）氧化铝基板：,主要成分,Al,2,O,3,，,Al,2,O,3,含量越高，基板性能,（电性能、机械强度、表面光洁度等）越好。但烧,结温度高、价格贵。,厚膜电路一般采用,94,Al,2,O,3,瓷（晶粒尺寸,3,5,m）。,85瓷和75瓷性能较前者稍差，但成本较低，所,以目前国内外也有采用。,12,厚膜混合集成电路 第章,氧化铝基板的性能,13,厚膜混合集成电路 第章,热导率和氧化铝含量的关系,14,厚膜混合集成电路 第章,优点：,价格适中；,各种性能基本满足厚膜电路的要求；,与厚膜混合集成电路相容性比较好，目前使用最广泛；,缺点：,热导率没有,氧化铍基板,、氮化铝基板高。,15,厚膜混合集成电路 第章,2,）氧化铍基板：,优点：,热导率高（常温下,2.64J/cm s,），仅次于银、铜、金与铝相近，为氧化铝的,10,倍；,体积电阻率大；,介电系数小、高频下损耗小、适于高频、大功率电路；,能与大多数厚膜浆料相容。,16,厚膜混合集成电路 第章,缺点：,粉末有毒，价格较贵、机械强度不如氧化铝。,如果不考虑成本和毒性，氧化铍是一种理想的基,片材料。,17,厚膜混合集成电路 第章,密度（,g/cm,3,),2.95,抗弯强度,(N/cm,2,),18620,热胀系数,(10,-6,),8.5,热导率,(J/cm,）,2.64,介电常数,(J/cm,）,6.8,介电损耗（,10,-,）,2,体电阻率,（,cm,）,10,17,（,25,）,绝缘强度（,/cm,）,与基板的厚度有关,最高使用温度,(,）,1800,氧化铍（,.,）基板的性能,18,厚膜混合集成电路 第章,氧化铍陶瓷有负的电阻率温度系数。,99.5%,氧化铍电阻率与温度的关系,19,厚膜混合集成电路 第章,20,厚膜混合集成电路 第章,3,）氮化铝基板,是一种新型陶瓷基板。,优点：,热,导率高（与,99.5%BeO,陶瓷大致相同，为氧化铝,的,8,10,倍）；,热导率与温度的关系比氧化铍瓷小；,抗弯强度大、硬度小、机械加工比较容易（抗弯强度比氧化铝大但硬度仅为氧化铝的一半）；,21,厚膜混合集成电路 第章,热胀系数比氧化铍小（,4.4ppm/,），与,Si,接近，,这有利于组装大规模,IC,芯片；,与,Au,、,Ag-Pd,和,Cu,浆料的相容性较好，可作高频、,大功率电路基板，还适于高密度、大功率的微波,电路以及大规模厚膜,IC,。,缺点：,成本高；对杂质含量敏感；,22,厚膜混合集成电路 第章,AlN,Al,2,O,3,BeO,密度（,g/cm,3,),3.3,3.9,2.9,抗弯强度,(N/cm,2,),39200,23520,18620,热胀系数,(10,-6,),4.5,7.3,8,热导率,(J/cm,）,11.6,0.2,2.51,介电常数,(J/cm,）,8.8,8.5,6.5,介电损耗（,10,-,）,510,3,5,体电阻率（,/cm,）,10,1,10,1,10,14,绝缘强度（,/cm,）,140170,100,100,氧化铝、氧化铍、氮化铝基板性能比较,23,厚膜混合集成电路 第章,氧化铝、氮化铝、氧化铍的热导率与温度的关系,24,厚膜混合集成电路 第章,几种陶瓷基板热膨胀系数的比较,25,厚膜混合集成电路 第章,4,）碳化硅基板：,以,-SiC为主，掺以微量 BeO(0.1-0.35%)的新型基板。,优点：,热导率是金属铝的,1.2,倍，比,BeO,瓷还要高，从热扩散系数、热容量看该基板传热比,Cu,还要好。,SiC,基板的抗弯强度为,44100N/,2,与氧化铝相近。,26,厚膜混合集成电路 第章,热胀系数与单晶硅几乎相同，所以适合组装大规模,IC,芯片。,缺点,体积电阻率比氧化铝和氧化铍低。,介电系数高，因此高频性能不如氧化铝。,27,厚膜混合集成电路 第章,新型,SiC,陶瓷与其它材料的性能比较,性能,材料,热导率,(J/cm,),体电阻率（,/cm,）,热胀系数,0400,(10-6,/,),介电常数,（室温，,1MHz,）,新型,SiC,陶瓷,2.71,410,13,3.7,40,一般,SiC,陶瓷,0.67,10,13,4.2,-,BeO,陶瓷,2.41,10,13,8,6.8,Al2O3,陶瓷,0.17,10,14,6.8,8.5,Si,单晶,1.28,3.5,4.0,119,28,厚膜混合集成电路 第章,5,）多层陶瓷基板：,为了提高组装密度，使电路高密度化、小型化、,高速化而研制的陶瓷基板（多为氧化铝瓷）。,多层化的方法有三种：,29,厚膜混合集成电路 第章,a.,厚膜多层法：,在氧化铝基板上交替印烧导体（,Au,、,Ag-Pd,等）和,介质浆料。,特点：,制造灵活性大,;,可在空气中烧结，温度,1000;,层内含电阻、电容等，制造过程容易实现自动,化。,缺点：,制作微细线困难，层数也不能太多；,可焊性、密封性不如其它二种方法。,30,厚膜混合集成电路 第章,厚膜电路底层布图,厚膜电路介质层布图,31,厚膜混合集成电路 第章,厚膜电路顶层布图,32,厚膜混合集成电路 第章,b.,印刷多层法：,将与生基板成分相同的氧化铝制成浆料；,交替在氧化铝基板上,印刷和干燥,Mo,、,W,等导,体以及氧化铝介质浆料；,（此时各层间的印刷导体就可以通过层间的通孔实现层间连接）。,在,1500,1700,的还原气氛中烧成；,在烧成导体部分镀,Ni,、,Au,形成焊接区；,33,厚膜混合集成电路 第章,c.,生基板叠层法：,在生基板上冲好通孔；,在生基板上印刷,Mo,、,W,等导体；,重叠所需层数，在,490-1470N/cm,2,压力和,80,150,下叠压；,在,1500-1700,的还原气氛中烧成。,在烧结过程中，薄片里的,SiO,2,、,CaO,、,MgO,扩散,到导体层中形成中间层，从而可得牢固的结合强度,34,厚膜混合集成电路 第章,优点：,（后两种二种方法）,利用生基板有柔软性、容易吸收有机溶剂的特,性，可印出高分辨率的微细线，容易实现多,层化和高密度布线。,由于导体和绝缘层烧结成整体，所以密封性,好，可靠性高。,缺点：,设计灵活性不如厚膜多层法，烧结温度也偏高。,35,厚膜混合集成电路 第章,2.,金属基板,陶瓷基板缺点：脆、易碎。,不易制成大面积的基板，为此开发了金属基板。,金属基板：,在金属板（主要是钢板和铝板）,上涂复绝缘膜而成。,36,厚膜混合集成电路 第章,金属铝基板,37,厚膜混合集成电路 第章,优点：价格比陶瓷低；散热性良好；加工和成形简单，可用于通孔连接；缺点：通孔周围和基板边缘的釉层会凸起，影响 印刷；釉层中的碱离子也会发生迁移；工作温度低,600,分类：,38,厚膜混合集成电路 第章,1,）涂釉钢板,低碳钢上涂敷玻璃釉层，,850,烧成,39,厚膜混合集成电路 第章,2,）金属芯基板：,40,厚膜混合集成电路 第章,3,）衬铜金属基板：,41,厚膜混合集成电路 第章,4,）绝缘金属基板（,IMST,基板）,42,厚膜混合集成电路 第章,3,、树脂基板,分类：,硬质,树脂基板,柔性,树脂基板,硬质板的主要材料：纸酚醛树脂、纸环氧树脂、玻璃环氧树脂。,柔性板主要材料：聚酯、聚酰亚胺、玻璃环氧树脂等。,43,厚膜混合集成电路 第章,44,厚膜混合集成电路 第章,优点：,加工简便；,成本低；,可电镀制作细线，适于自动化生产。,缺点：,耐热性差；,热冲击性差；,高温下的化学稳定性差。,45,厚膜混合集成电路 第章,各种树脂基板的特性,性能,材料,体积电,阻率,cm,介电常数,耐热性,/min,热导率,J/cm,尺寸,精度,%,纸酚醛树脂,10,13,-10,14,4.2-4.8,130/30,-,0.1,纸环氧树脂,10,13-,10,14,4.3-4.8,130/30,-,0.1,耐热玻璃环,氧树脂,510,15-16,4.6-5.0,300/30S,2.910,-3,0.05,玻璃聚酰亚胺,310,15-16,4.6-5.0,300/2,-,0.04,聚酯,410,15,3.1,130/240,-,0.2,46,厚膜混合集成电路 第章,小结,掌握厚膜基板种类、作用、基本要求、各类基板的主要性能。,47,厚膜混合集成电路 第章,作 业,1,、基板在厚膜电路中起什么作用？基板,的性能对电路有什么影响？,2,、厚膜电路中使用的基板有哪些,?,各有,什么特点？,48,厚膜混合集成电路 第章,THANK YOU,49,厚膜混合集成电路 第章,