集成电路芯片封装技术第三章 厚薄膜技术

重庆城市管理职业学院,重庆城市管理职业学院,第三章,重庆城市管理职业学院,第三章,第三章 厚,/,薄膜技术,前课回顾,1.,芯片互连技,术,术的分类,2.WB,技术、,TAB,技术与,FCB,技术的概念,3.,三种芯片互,连,连技术的对,比,比分析,芯片互连技,术,术对比分析,厚膜技术简,介,介,主要内容,厚膜导体材,料,料,膜技,术,术简,介,介,厚膜,（,（,ThickFilm,）技,术,术和,薄,薄膜,技,技术,（,（,ThinFilm,）是,电,电子,封,封装,中,中的,重,重要,工,工艺,技,技术,，,，统,称,称为,膜,膜技,术,术。可用,以,以制,作,作电,阻,阻、,电,电容,或,或电,感,感等,无,无源,器,器件,，,，也,可,可以,在,在基,板,板上,制,制成,布,布线,导,导体,和,和各,类,类介,质,质膜,层,层以,连,连接,各,各种,电,电路,元,元器,件,件，,从,从而,完,完成,混,混合,（,（,Hybrid,）集,成,成电,路,路电,子,子封,装,装。,厚膜,技,技术,厚膜,技,技术,是,是采,用,用丝,网,网印,刷,刷、,干,干燥,和,和烧,结,结等,工,工艺,，,，将,传,传统,无,无源,元,元件,及,及导,体,体形,成,成于,散,散热,良,良好,的,的陶,瓷,瓷绝,缘,缘基,板,板表,面,面,并用,激,激光,处,处理,达,达到,线,线路,所,所需,之,之精,密,密度,再采,用,用,SMT,技术,将,IC,或其,他,他元,器,器件,进,进行,安,安装,构成,所,所需,要,要的,完,完整,线,线路,最后,采,采用,多,多样,化,化引,脚,脚和,封,封装,方,方式,实现,模,模块,化,化的,集,集成,电,电路,厚膜,混,混合,集,集成,电,电路,（,（,HIC,，,HybridIntegratedCircuit,）。,厚膜,印,印刷,所,所用,材,材料,是,是一,种,种特,殊,殊材,料,料,浆料，而,薄,薄膜,技,技术,则,则是,采,采用镀膜,、,、光,刻,刻和,刻,刻蚀等方,法,法成,膜,膜。,较之,普,普通,PCB,，厚,膜,膜电,路,路在,散,散热,性,性和,稳,稳定,性,性方,面,面优,势,势明,显,显；,而,而且,，,，比,普,普通,PCB,能更,适,适应,环,环境,。,。,由于,汽,汽车,电,电子,产,产品,所,所处,环,环境,通,通常,都,都比,较,较苛,刻,刻（,不,不包,括,括车,内,内影,音,音娱,乐,乐系,统,统）,，,，比,如,如动,力,力控,制,制系,统,统和,发,发动,系,系统,，,，所,处,处环,境,境高,温,温、,高,高湿,、,、大,功,功率,、,、高,振,振动,等,等。,普,普通,PCB,无法,满,满足,这,这些,环,环境,条,条件,需,需求,时,时，,厚,厚膜,电,电路,就,就会,体,体现,出,出它,的,的价,值,值。,基,基于,厚,厚膜,电,电路,在,在高,温,温、,高,高压,、,、大,功,功率,的,的应,用,用中,有,有极,大,大的,优,优势,。,。一般,主,主要,应,应用,在,在汽,车,车电,子,子、,通,通讯,系,系统,领,领域,、,、航,空,空航,天,天及,一,一些,军,军工,领,领域,。,。,厚膜,电,电路,特,特点,及,及应,用,用,所有,厚,厚膜,浆,浆料,通,通常,有,有两,个,个共,性,性：,一、适于,丝,丝网,印,印刷,的,的具,有,有非,牛,牛顿,流,流变,能,能力,的,的黏,性,性流,体,体；,二、,有,有两,种,种不,同,同的,多,多组,分,分相,组,组成,，,，一,个,个是,功,功能,相,相，,提,提供,最,最终,膜,膜的电和,力,力学,性,性能，另,一,一个,是,是载,体,体相,（,（粘,合,合剂,）,），,提,提供,合,合适,的,的流变,能,能力。,厚膜,浆,浆料,牛顿,流,流体,指,指剪,切,切应,力,力与,剪,剪切,变,变形,速,速率,成,成线,性,性关,系,系，,即,即在,受,受力,后,后极,易,易变,形,形，,且,且剪,切,切应,力,力与,变,变形,速,速率,成,成正,比,比的,低,低粘,性,性流,体,体。,凡,凡不,同,同于,牛,牛顿,流,流体,的,的都,称,称为,非,非牛,顿,顿流,体,体。,牛顿,内,内摩,擦,擦定,律,律表,达,达式,：,：,=,式中,：,：,-,所加,剪,剪切,应,应力,；,；,-,剪切,速,速率,（,（流,速,速梯,度,度）,；,；,-,度量,液,液体,粘,粘滞,性,性大,小,小的,物,物理,量,量,黏度,，,，其,物,物理,意,意义,是,是产,生,生单,位,位剪,切,切速,率,率所,需,需要,的,的剪,切,切应,力,力。,服从,牛,牛顿,内,内摩,擦,擦定,律,律的,流,流体,称,称为,牛,牛顿,流,流体,。,。,牛顿,流,流体,和,和非,牛,牛顿,流,流体,厚膜,多,多层,制,制作,步,步骤,厚膜,浆,浆料,厚膜,浆,浆料,可,可分,为,为聚合,物,物厚,膜,膜、,难,难熔,材,材料,厚,厚膜,和,和金,属,属陶,瓷,瓷厚,膜,膜；其,中,中，,难,难熔,材,材料,厚,厚膜,是,是特,殊,殊一,类,类金,属,属陶,瓷,瓷厚,膜,膜，,需,需要,在,在较,之,之传,统,统金,属,属陶,瓷,瓷材,料,料更,高,高的,温,温度,下,下进,行,行烧,结,结。,聚合,物,物厚,膜,膜材,料,料：,包,包含,带,带有,导,导体,、,、电,阻,阻或,绝,绝缘,颗,颗粒,的,的聚,合,合物,材,材料,混,混合,物,物，,通,通常,在,在,85-300,摄氏,度,度范,围,围内,固,固化,。,。聚,合,合物,导,导体,主,主要,是,是,C,和,Ag,，常,用,用于,有,有机,基,基板,材,材料,上,上。,金属,陶,陶瓷,厚,厚膜,：,：玻,璃,璃陶,瓷,瓷和,金,金属,的,的混,合,合物,，,，通,常,常在,850-1000,摄氏度的,范,范围内烧,结,结。,传统厚膜,浆,浆料的主,要,要成分,传统的金,属,属陶瓷厚,膜,膜浆料具,有,有四种主,要,要成分：,有效物质,决定膜功,能,能,粘结成分,提供膜与,基,基板间的,粘,粘结以及,使,使有效物,质,质保持悬,浮,浮状态的,基,基体；,有机粘结,剂,剂,提供丝网,印,印刷时的,合,合适流动,性,性能；,溶剂或稀,释,释剂,决定运载,剂,剂的粘度,传统金属,陶,陶瓷厚膜,浆,浆料成分,有效物质,浆料中的,有,有效物质,决,决定烧结,膜,膜的电性,能,能，如果,是,是金属则,烧,烧结膜是导体，如果是,金,金属氧化,物,物则是一,种,种电阻；如果有,效,效物质是,一,一种绝缘,材,材料，则,烧,烧结后的,膜,膜是一种介电体，有效物,质,质一般以,粉,粉末形式,出,出现，颗,粒,粒尺寸为,1-10um,，平均粒,径,径约,5um,。,通常情况,下,下介电体,是,是绝缘体,，,，在外加,一,一定强度,电,电场的情,况,况下，会,导,导致电击,穿,穿成为导,电,电材料，,常,常用于制,作,作电容器。,传统金属,陶,陶瓷厚膜,浆,浆料成分,粘结成分,粘接成分,：,：主要有,两,两类物质,用,用于厚膜,与,与基板的,粘,粘接：玻璃材料,和,和金属氧,化,化物，可以单,独,独使用或,者,者一起使,用,用。,玻璃材料,粘,粘接机理,：,：,【,与基板中,的,的玻璃发,生,生化学反,应,应,】,和,【,玻璃态物,质,质熔融流,入,入基板不,规,规则表面,】,玻璃粘结,的,的不足？,物理过程,因,因存在热,循,循环和热,储,储存而退,化,化,烧结玻璃,材,材料表面,存,存在玻璃,相,相，影响,后,后续组装,工,工艺。,传统金属,陶,陶瓷厚膜,浆,浆料成分,粘结成分,金属氧化,物,物粘接机,理,理：,金属,Cu,和,Cd,（镉）与,浆,浆料混合,，,，发生基,板,板表面氧,化,化反应生,成,成氧化物,，,，金属与,氧,氧化物粘,结,结并通过,烧,烧结结合,在,在一起。,金属氧化,物,物粘结的,优,优缺点？,玻璃,-,氧化物粘,接,接机理：,氧化物一,般,般为氧化,锌,锌或氧化,钙,钙，低温,下,下可发生,反,反应，克,服,服了上述,两,两种粘结,剂,剂的缺点,，,，称之为混合粘结,系,系统。,传统金属,陶,陶瓷厚膜,浆,浆料成分,有机粘结,剂,剂,有机粘接,剂,剂通常是,一,一种触变的流体，,作,作用：,可使有效,物,物质和粘,接,接成分保,持,持悬浮态,直,直到膜烧,制,制完成；,可为浆料,提,提供良好,的,的流动特,性,性以进行,丝,丝网印刷,。,。,有机粘结,剂,剂不挥发,，,，但在高,温,温下趋于,烧,烧尽，粘结剂在,烧,烧结过程,中,中必须被,完,完全氧化，不能存,在,在有影响,膜,膜的残余物质,（,（,C,）存在。,氮气中烧,结,结的有机,载,载体必须,发,发生分解和热,解,解聚。,传统金属,陶,陶瓷厚膜,浆,浆料成分,溶剂或稀,释,释剂,自然形态,的,的有机粘,结,结剂太粘,稠,稠不能进,行,行丝网印,刷,刷，需要,使,使用溶剂,或,或稀释剂,，,，稀释剂比,粘,粘结剂较,容,容易挥发，在大约,100,以上就会,迅,迅速蒸发,，,，典型材,料,料是萜品,醇,醇、丁醇,和,和某些络,合,合的乙醇,；,；,溶剂或稀,释,释剂用于,烧,烧结前的,有,有机粘结,剂,剂的稀释,，,，烘干和,烧,烧结时挥,发,发掉。,配制浆料,时,时，须将,各,各成分按一定比,例,例充分混合,。,。制造过,程,程开始于,粉,粉末态的,物,物质，通,过,过从化学,溶,溶液中沉,淀,淀出来的,金,金形成的,金,金粉末与,细,细筛的玻,璃,璃粉混合,，,，加入运,载,载剂（由,适,适当的溶,剂,剂、增稠,剂,剂或胶混,合,合）后用球磨机使混合物,充,充分混合,来,来减小玻,璃,璃料和其,他,他脆性材,料,料的颗粒,尺,尺寸，最,后,后由三辊轧膜,机,机将浆料的,组,组分弥散,开,开，保证颗粒,尺,尺寸均匀,。,。,厚膜浆料,的,的制备,球磨设备,和,和临界速,率,率,厚膜浆料,的,的参数：,粒度（,FOG,细度计测,量,量）,固体粉末,百,百分比含,量,量（,400,煅烧测量,）,）,粘度（锥,板,板或纺锤,粘,粘度计测,量,量）。,厚膜浆料,的,的参数,为适应丝,网,网印刷，,浆,浆料需具,有,有下述特,性,性：,【,流体比须,具,具有一个,屈,屈服点,】,印刷后静,止,止不流动,，,，流动最,小,小压力远,大,大于重力,【,流体应具,有,有某种触,变,变性,】,剪切速率,影,影响流体,流,流动性,【,流体应具,有,有某种程,度,度滞后作,用,用,】,粘度随压,力,力降低而,增,增加,厚膜导体,在,在混合电,路,路中实现,的,的功能：,【,提供电路,节,节点间的,导,导电布线,功,功能,】,【,提供后续,元,元器件焊,接,接安装区,域,域,】,【,提供电互,连,连：元器,件,件、膜布,线,线和更高,级,级组装互,连,连,】,【,提供厚膜,电,电阻的端,接,接区,】,【,提供多层,电,电路导体,层,层间的电,气,气连接,】,厚膜导体,材,材料,厚膜导体,材,材料基本,类,类型：,可空气烧,结,结厚膜导,体,体：主要,是,是指不容,易,易形成氧,化,化物的金,属,属材料,(Au,和,Ag,等）,可氮气烧,结,结厚膜导,体,体：通常,是,是指在部,分,分低含氧,量,量状态下,易,易于氧化,的,的材料（,Cu,、,Ni,和,Al,等）,须还原气,氛,氛烧结厚,膜,膜导体：,难,难熔材料,M,和,W,，防止烧,结,结过程中,，,，其他物,质,质热分解,后,后被氧化,。,。,厚膜导体,材,材料,厚膜导体,材,材料性能,【,电迁移,】,与,【,可靠性,】,【,金属间化,合,合物与欧,姆,姆接触,】,【,柯肯达尔,效,效应,】,【,合金化,】,厚膜导体,材,材料性能,对,对比,