2020年集成电路芯片封装技术第三章 厚薄膜技术参照模板
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集成电路封装工艺
根据材料性能，膜材料分四类 根据材料性能，膜材料分四类：
1.导体膜：主要用于形成电路图形，为电阻电容， 半导体元件和半导体芯片等部件提供电极电学连接 2.电阻膜：形成电路中的电阻， 电阻率：100-2000µΩ.cm 方块阻值：10-1000Ω/□ 3.介质膜：形成电容膜和实现绝缘和表面钝化 4.功能膜：特殊功能膜
打线键合技术
超声波键合： － 振幅20－ 超声波键合：20－60kHz,振幅 －200µm超声波 振幅 超声波
铝线和金线是常见材料 优点：温度低，键合尺寸小， 优点：温度低，键合尺寸小，适合键合点间 距小，密度高的芯片连接 距小， 缺点： 缺点：必须沿金属线回绕方向排列
热压键合：预热300－ 度 电子点火， 热压键合：预热 －400度，电子点火，
去飞边毛刺
塑料封装中，塑料树脂溢出、贴带毛边，引 线毛刺等统称为飞边毛刺 毛刺的厚度薄于10µm,对后面工序有影响
去飞边毛刺的工艺：介质去飞边毛刺
溶剂去飞边毛刺 水去飞边毛刺
上锡焊
该工序是在框架外引脚上做保护性镀层，以 加可焊性
方法：电镀
浸锡 电镀：清洗-电镀槽电镀-冲洗-吹干-烘干 浸锡：清洗-浸助焊剂-热浸焊-清洗-烘干
丝网印刷 基板清洗 丝网印刷：丝网孔板制备 干燥 烧成
刮板
浆料
玻璃胶贴装法：玻璃胶是低成本芯片粘贴材料 玻璃胶贴装法：
冷却降温注意速度 优点：无空隙，热稳定好， 优点：无空隙，热稳定好，低结合应力 缺点： 缺点：胶中有机成分和溶剂要去除 多用于陶瓷封装， 多用于陶瓷封装，玻璃胶在特殊处理的铜合金 引脚架上才能键合
芯片互连
芯片互连：将芯片焊区与电子封装外壳的 芯片互连：将芯片焊区与电子封装外壳的I/O 引线或基板上的金属布线区相连 常见的方法：打线键合WB(Wire Bonding) 常见的方法：打线键合 载带自动键合TAB(Tape Automated Bonding) 载带自动键合 倒装芯片键合FCB(Flip Chip Bonding) C4 倒装芯片键合 WB:4<n<257 n为I/O数 TAB:10<n<600 FCB:5<n<16000
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜技术
• 厚膜导体材料基本类型：
• 可空气烧结厚膜导体：主要是指不容易形成
氧化物的金属材料(Au和Ag等）
• 可氮气烧结厚膜导体：通常是指在部分低含
氧量状态下易于氧化的材料（Cu、Ni和Al等）
• 须还原气氛烧结厚膜导体：难熔材料M和W
，防止烧结过程中，其他物质热分解后被氧化
。
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
• 聚合物厚膜材料：包含带有导体、电阻或绝缘颗粒的 聚合物材料混合物，通常在85-300摄氏度范围内固化。 聚合物导体主要是C和Ag，常用于有机基板材料上。
• 金属陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金属的混合物，通常在 850-1000摄氏度的范围内烧结。
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•传统厚膜浆料的主要成分
技术
•厚膜导体材料
•厚膜导体在混合电路中实现的功能： • 【提供电路节点间的导电布线功能】 • 【提供后续元器件焊接安装区域】 • 【提供电互连：元器件、膜布线和更高级组装互连】 • 【提供厚膜电阻的端接区】 • 【提供多层电路导体层间的电气连接】
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•厚膜导体材料
集成电路芯片封装技术 第三章厚薄膜技术
2021/1/5
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•前课回顾
1.芯片互连技术的分类
2.WB技术、TAB技术与FCB技术的概念 3.三种芯片互连技术的对比分析
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•芯片互连技术对比分析
集成电路芯片封装技术第三章厚薄膜 技术
•传统的金属陶瓷厚膜浆料具有四种主要成分： • 有效物质—决定膜功能 • 粘结成分—提供膜与基板间的粘结以及使有效物 质保持悬浮状态的基体； • 有机粘结剂—提供丝网印刷时的合适流动性能； • 溶剂或稀释剂—决定运载剂的粘度
2020年芯片封装大全（图文对照）
2020年芯⽚封装⼤全（图⽂对照）芯⽚封装⼤全(图⽂对照)封装有两⼤类；⼀类是通孔插⼊式封装(through-holepackage)；另—类为表⾯安装式封装(surfacemountedPackage)。
每⼀类中⼜有多种形式。
表l和表2是它们的图例，英⽂缩写、英⽂全称和中⽂译名。
图6⽰出了封装技术在⼩尺⼨和多引脚数这两个⽅向发展的情况。
DIP是20世纪70年代出现的封装形式。
它能适应当时多数集成电路⼯作频率的要求，制造成本较低，较易实现封装⾃动化印测试⾃动化，因⽽在相当⼀段时间内在集成电路封装中占有主导地位。
但DIP的引脚节距较⼤(为2.54mm)，并占⽤PCB板较多的空间，为此出现了SHDIP和SKDIP等改进形式，它们在减⼩引脚节距和缩⼩体积⽅⾯作了不少改进，但DIP最⼤引脚数难以提⾼(最⼤引脚数为64条)且采⽤通孔插⼊⽅式，因⽽使它的应⽤受到很⼤限制。
为突破引脚数的限制，20世纪80年代开发了PGA封装，虽然它的引脚节距仍维持在2.54mm或1.77mm，但由于采⽤底⾯引出⽅式，因⽽引脚数可⾼达500条～600条。
随着表⾯安装技术(surfacemounted technology,SMT)的出现，DIP封装的数量逐渐下降，表⾯安装技术可节省空间，提⾼性能，且可放置在印刷电路板的上下两⾯上。
SOP应运⽽⽣，它的引脚从两边引出，且为扁平封装，引脚可直接焊接在PCB板上，也不再需要插座。
它的引脚节距也从DIP的2.54mm减⼩到1.77mm。
后来有SSOP和TSOP改进型的出现，但引脚数仍受到限制。
QFP也是扁平封装，但它们的引脚是从四边引出，且为⽔平直线，其电感较⼩，可⼯作在较⾼频率。
引脚节距进⼀步降低到1.00mm，以⾄0.65mm和0.5mm，引脚数可达500条，因⽽这种封装形式受到⼴泛欢迎。
但在管脚数要求不⾼的情况下，SOP 以及它的变形SOJ(J型引脚)仍是优先选⽤的封装形式，也是⽬前⽣产最多的⼀种封装形式。
CH3-厚薄膜技术
粒 应：
Ag-Pd 银-钯导体
第三章 厚薄膜技术 3.3 厚膜材料
由于Bi的生成而使结合强度下降。如图所示为Al2O3基板上Ag-Pd厚膜的结构，基 板与导体界面间发生还原反应，极端情况下，附着力变得很差。 另外，焊接后样品的老化也会出现导线结合强度下降的现象。这是由于在老化过 程中，焊料主要成分Sn向导体内部扩散，除引起上述的Bi还原反应之外，还会产生 PdSn3、Ag3Sn、Ag5Sn等一系列化合物，导致膜粘的比容增加而使内部玻璃网络破坏。
环氧树脂系导体浆料
树脂浆料
优点
导电材料 块体材料 1 便宜 电阻率的 /Ω•cm 1.63×10-6
第三章 厚薄膜技术 3.3 厚膜材料
导电性粉末的种类及特性
平均粒径 /μm
粒子形状
2 所用设备投资少
1～3 球状、片状
所制成导电 浆料的电阻率 / Ω•cm
用途
印制电路板，键盘开 关，芯片安装，片式 元件电极，LTCC 印制电路板，LTCC 印制电路板，键盘开 关，电磁屏蔽 电磁屏蔽
mo浆料第三章厚薄膜技术33厚膜材料导电性粉末的种类及特性导电材料块体材料电阻率的??cm平均粒径粒子形状所制成导电浆料的电阻率??cm用途银粉163106球状片状810105印制电路板键盘开关芯片安装片式元件电极ltcc173106810105印制电路板ltcc炭黑0051球状101102印制电路板键盘开关电磁屏蔽118105粒状103电磁屏蔽第三章厚薄膜技术33厚膜材料树脂浆料优点与电阻体绝缘体的相容性好缺点由于膜层薄故导体电阻大环氧树脂系导体浆料厚膜电阻与材料厚膜电阻与厚膜导体厚膜基板一样也是厚膜电路发展最早工艺最成熟应用最广泛的元件之一
Cu 铜导体
第三章 厚薄膜技术 3.3 厚膜材料
【2024版】微电子工艺之薄膜技术
生长速率的增加而下降；低温下， Nf∝ HPf0，且H 随生长速率的增加而增加，因此掺杂浓度与生长速率 成正比；。
二、外延掺杂及杂质再分布
3.杂质再分布
再分布：外延层中的杂质向衬底扩散；
衬底中的杂质向外延层扩散。
总杂质浓度分布：各自扩散的共同结果。
①衬底杂质的再分布（图3－21）
初始条件:N2(x,0)=Nsub,x<0; N2(x,0)=0,x>0; 边界条件一：衬底深处杂质浓度均匀，即
当vt» D1t 时，有
N1x,t
Nf 2
erfc
2
x D1t
二、外延掺杂及杂质再分布
当vt»2 D1t 时，有
N1(x,t)≈Nf
③总的杂质分布（图3－24）
N(x,t)=N1(x,t)± N2(x,t) “+”: 同一导电类型；
“－”:相反导电类型；
三、自掺杂（非故意掺杂）
1.定义
N 2 x
x 0
二、外延掺杂及杂质再分布
边Jd界条D件2 二Nx：2 在xx外f 延J层b 表J s面 （h2x=vxfN）2 ,扩x f 散,t 流密度Jd为
解得：
N2x,t
N sub 2
erfc
2
x D2 t
v h2 2h2
v
ex
p
D2
vt
x erfc
2vt x 2 D2t
①当hG» ks，则 NGS≈NG0，V= ks(NT/ NSi) Y，是表面反 应控制。
②当ks» hG，则 NGS ≈0， V= hG(NT/ NSi) Y，是质量转 移控制。
二、外延掺杂及杂质再分布
1. 掺杂原理－以SiH4-H2-PH3为例
二、外延掺杂及杂质再分布
3.杂质再分布
再分布：外延层中的杂质向衬底扩散；
衬底中的杂质向外延层扩散。
总杂质浓度分布：各自扩散的共同结果。
①衬底杂质的再分布（图3－21）
初始条件:N2(x,0)=Nsub,x<0; N2(x,0)=0,x>0; 边界条件一：衬底深处杂质浓度均匀，即
当vt» D1t 时，有
N1x,t
Nf 2
erfc
2
x D1t
二、外延掺杂及杂质再分布
当vt»2 D1t 时，有
N1(x,t)≈Nf
③总的杂质分布（图3－24）
N(x,t)=N1(x,t)± N2(x,t) “+”: 同一导电类型；
“－”:相反导电类型；
三、自掺杂（非故意掺杂）
1.定义
N 2 x
x 0
二、外延掺杂及杂质再分布
边Jd界条D件2 二Nx：2 在xx外f 延J层b 表J s面 （h2x=vxfN）2 ,扩x f 散,t 流密度Jd为
解得：
N2x,t
N sub 2
erfc
2
x D2 t
v h2 2h2
v
ex
p
D2
vt
x erfc
2vt x 2 D2t
①当hG» ks，则 NGS≈NG0，V= ks(NT/ NSi) Y，是表面反 应控制。
②当ks» hG，则 NGS ≈0， V= hG(NT/ NSi) Y，是质量转 移控制。
二、外延掺杂及杂质再分布
1. 掺杂原理－以SiH4-H2-PH3为例
集成电路芯片封装技术复习资料2
电子封装与表面组装技术第一章概述电子封装是一个富于挑战、引人入胜的领域。
它是集成电路芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器件到系统的桥梁。
封装这一生产环节对微电子产品的质量和竞争力都有极大的影响。
按目前国际上流行的看法认为，在微电子器件的总体成本中，设计占了三分之一，芯片生产占了三分之一，而封装和测试也占了三分之一，真可谓三分天下有其一。
封装研究在全球范围的发展是如此迅猛，而它所面临的挑战和机遇也是自电子产品问世以来所从未遇到过的；封装所涉及的问题之多之广，也是其它许多领域中少见的，它需要从材料到工艺、从无机到聚合物、从大型生产设备到计算力学等等许许多多似乎毫不关连的专家的协同努力，是一门综合性非常强的新型高科技学科。
封装最初的定义是：保护电路芯片免受周围环境的影响（包括物理、化学的影响）。
1.芯片封装是利用（膜技术）及（微细加工技术），将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体结构的工艺。
电子封装工程：将基板、芯片封装体和分立器件等要素，按电子整机要求进行连接和装配，实现一定电气、物理性能，转变为具有整机或系统形式的整机装置或设备。
2.集成电路封装的目的：在于保护芯片不受或者少受外界环境的影响，并为之提供一个良好的工作条件，以使集成电路具有稳定、正常的功能。
3.芯片封装所实现的功能：电源分配；信号分配；散热通道；机械支撑；环境保护4．在选择具体的封装形式时主要考虑四种主要设计参数：性能，尺寸，重量，可靠性和成本目标。
5.封装工程的技术的技术层次第一层次，又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次的组装进行连接的模块元件。
第二层次，将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电子卡的工艺。
第三层次，将数个第二层次完成的封装组成的电路卡组合成在一个主电路版上使之成为一个部件或子系统的工艺。
集成电路封装与测试(一)
三人获得了1956年 诺贝尔物理学奖
William B. Shockley
John Bardeen
Walter H. Brattain
1958年9月10日美国的基尔比发明了集成电 路集成电路是美国物理学家基尔比(Jack Kilby)和诺伊斯两人各自独立发明的，都拥有 发明的专利权。 1958年9月10日，基尔比的第一个安置在半 导体锗片上的电路取得了成 功，被称为“相 移振荡器”。 1957年，诺伊斯(Robort Noyce)成立了仙童 半导体公司，成为硅谷的第一家专门研制硅 晶体管的公司。 1959年2月，基尔比申请了专利。不久，得 克萨斯仪器公司宣布，他们已生产出一种比 火柴头还小的半导体固体 电路。诺伊斯虽然 此前已制造出半导体硅片集成电路，但直到 1959年7月才申请专利，比基尔比晚了半年。 法庭后来裁决，集成电路的发明专利属于基 尔比，而 有关集成电路的内部连接技术专利 权属于诺伊斯。两人都因此成为微电子学的 创始人，获得美国的“巴伦坦奖章”。
双边 引脚
SOP (小型化封装 小型化封装) 小型化封装
单边 引脚
SIP 单列引脚式封装） （单列引脚式封装） ZIP 交叉引脚式封装） （交叉引脚式封装）
四边 引脚
QFP PLCC (四侧引脚扁平封装 （无引线塑料封装载体 ） 四侧引脚扁平封装) 四侧引脚扁平封装
双边 引脚
DIP （双列式封装） 双列式封装）
4.2 技术发展趋势
芯片封装工艺： △ 芯片封装工艺： 从逐个管芯封装到出现了圆片级封装， 从逐个管芯封装到出现了圆片级封装，即先将圆片 划片成小管芯。 划片成小管芯。 再逐个封装成器件，到在圆片上完成封装划片后 再逐个封装成器件， 就成器件。 就成器件。 芯片与封装的互连：从引线键合（ △ 芯片与封装的互连：从引线键合（WB）向倒装焊 ） （FC）转变。 ）转变。 微电子封装和PCB板之间的互连： 板之间的互连： △ 微电子封装和 板之间的互连 已由通孔插装(PTH)为主转为表面贴装（SMT）为主。 为主转为表面贴装（ 已由通孔插装 为主转为表面贴装 ）为主。
第3章-厚薄膜电路PPT课件
其相反，化学蚀刻的速率在切线方向与法线方向
是相同的。因此，造成与薄膜厚度相等的钻蚀。
（2）由于不再需要用来蚀刻薄膜的烈性化学物
质，所以对人员的危害较小，而且没有污水处理
的问题。
2021/7/24
27
3.1.2 薄膜材料
薄膜材料分为四类：
①
②
③
④
导体材料—用于形成电路图形，提供电极及
电学连接。
电阻材料—用于形成电路中的电阻。
断开的氧键，促进氧化物界面的形成。溅射颗粒
的动能在它们与基板碰撞时转变成在基板上所产
生的余热，进一步增强了氧化物的形成。
2021/7/24
19
磁控溅射与反应溅射
磁控溅射：一般的三极真空管溅射是一个非常缓
慢的过程，需要几小时才能得到可使用的膜．在
关键的位置，通过使用磁场，可以使等离子体在
靶材附近聚集，大大的加速了淀积的过程。
阻挡层材料—形成某些导体与电阻之间的扩
散阻挡层
薄膜基板
2021/7/24
28
1、导体薄膜材料：微系统封装工程的一
般为金属薄膜。
功能：
主要用于半导体元器件或芯片之间的电
气连接。
例如：
2021/7/24
电阻器的端头连接、电容的上下电极、元件之间
的互连线；
高频电感、微带线、地线等。
29
对导体薄膜材料选择的基本要求：
6
蒸发淀积薄膜
当材料的蒸汽压超过周围压力时，材料就会
蒸发到周围环境中—蒸发的“本质”。
薄膜蒸发淀积工艺中，通过加热或电子束轰
击的方式，使被蒸镀物质在真空下受热或轰击
后蒸发气化，高温蒸发后的原子在温度较低基
是相同的。因此，造成与薄膜厚度相等的钻蚀。
（2）由于不再需要用来蚀刻薄膜的烈性化学物
质，所以对人员的危害较小，而且没有污水处理
的问题。
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3.1.2 薄膜材料
薄膜材料分为四类：
①
②
③
④
导体材料—用于形成电路图形，提供电极及
电学连接。
电阻材料—用于形成电路中的电阻。
断开的氧键，促进氧化物界面的形成。溅射颗粒
的动能在它们与基板碰撞时转变成在基板上所产
生的余热，进一步增强了氧化物的形成。
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磁控溅射与反应溅射
磁控溅射：一般的三极真空管溅射是一个非常缓
慢的过程，需要几小时才能得到可使用的膜．在
关键的位置，通过使用磁场，可以使等离子体在
靶材附近聚集，大大的加速了淀积的过程。
阻挡层材料—形成某些导体与电阻之间的扩
散阻挡层
薄膜基板
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28
1、导体薄膜材料：微系统封装工程的一
般为金属薄膜。
功能：
主要用于半导体元器件或芯片之间的电
气连接。
例如：
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电阻器的端头连接、电容的上下电极、元件之间
的互连线；
高频电感、微带线、地线等。
29
对导体薄膜材料选择的基本要求：
6
蒸发淀积薄膜
当材料的蒸汽压超过周围压力时，材料就会
蒸发到周围环境中—蒸发的“本质”。
薄膜蒸发淀积工艺中，通过加热或电子束轰
击的方式，使被蒸镀物质在真空下受热或轰击
后蒸发气化，高温蒸发后的原子在温度较低基
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玻璃-氧化物粘接机理： 氧化物一般为氧化锌或氧化钙，低温下可发生反应，克
服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有机粘结剂
有机粘接剂通常是一种触变的流体，作用： 可使有效物质和粘接成分保持悬浮态直到膜烧制完 成； 可为浆料提供良好的流动特性以进行丝网印刷。
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厚膜浆料
第三章
所有厚膜浆料通常有两个共性： 一、适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的黏性流体； 二、有两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供最
终膜的电和力学性能，另一个是载体相（粘合剂），提供合 适的流变能力。
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牛顿流体和非牛顿流体
第三章
牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系，即在 受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘 性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。
溶剂或稀释剂用于烧结前的有机粘结剂的稀释， 烘干和烧结时挥发掉。
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厚膜浆料的制备
第三章
配制浆料时，须将各成分按一定比例充分混合。制造 过程开始于粉末态的物质，通过从化学溶液中沉淀出来 的金形成的金粉末与细筛的玻璃粉混合，加入运载剂 （由适当的溶剂、增稠剂或胶混合）后用球磨机使混合 物充分混合来减小玻璃料和其他脆性材料的颗粒尺寸， 最后由三辊轧膜机将浆料的组分弥散开，保证颗粒尺寸 均匀。
牛顿内摩擦定律表达式：τ=μγ 式中：τ--所加剪切应力；
γ--剪切速率（流速梯度）； μ--度量液体粘滞性大小的物理量—黏度，其物 理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。 服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
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厚膜多层制作步骤
第三章
重庆城市管膜浆料可分为聚合物厚膜、难熔材料厚膜和金属陶 瓷厚膜；其中，难熔材料厚膜是特殊一类金属陶瓷厚膜， 需要在较之传统金属陶瓷材料更高的温度下进行烧结。
厚膜印刷所用材料是一种特殊材料——浆料，而薄膜技 术则是采用镀膜、光刻和刻蚀等方法成膜。
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厚膜电路特点及应用
第三章
较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优 势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。
由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不包 括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动系 统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普通 PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体 现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率 的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、 通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。
通常情况下介电体是绝缘体，在外加一定强度电场的情 况下，会导致电击穿成为导电材料，常用于制作电容器。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
粘接成分：主要有两类物质用于厚膜与基板的粘接：玻 璃材料和金属氧化物，可以单独使用或者一起使用。 玻璃材料粘接机理： 【与基板中的玻璃发生化学反应】和【玻璃态物质熔融流 入基板不规则表面】
质保持悬浮状态的基体； 有机粘结剂—提供丝网印刷时的合适流动性能； 溶剂或稀释剂—决定运载剂的粘度
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有效物质
浆料中的有效物质决定烧结膜的电性能，如果是金属则 烧结膜是导体，如果是金属氧化物则是一种电阻；如果有 效物质是一种绝缘材料，则烧结后的膜是一种介电体，有 效物质一般以粉末形式出现，颗粒尺寸为1-10um，平均粒 径约5um。
有机粘结剂不挥发，但在高温下趋于烧尽，粘结剂 在烧结过程中必须被完全氧化，不能存在有影响膜的 残余物质（C）存在。
氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂
自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷， 需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥发， 在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜品醇、 丁醇和某些络合的乙醇；
聚合物厚膜材料：包含带有导体、电阻或绝缘颗粒的聚 合物材料混合物，通常在85-300摄氏度范围内固化。聚 合物导体主要是C和Ag，常用于有机基板材料上。
金属陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金属的混合物，通常在850-
1000摄氏度的范围内烧结。
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传统厚膜浆料的主要成分
第三章
传统的金属陶瓷厚膜浆料具有四种主要成分： 有效物质—决定膜功能 粘结成分—提供膜与基板间的粘结以及使有效物
第三章 厚/薄膜技术
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前课回顾
1.芯片互连技术的分类
第三章
2.WB技术、TAB技术与FCB技术的概念 3.三种芯片互连技术的对比分析
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芯片互连技术对比分析
第三章
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主要内容
➢ 厚膜技术简介
➢ 厚膜导体材料
第三章
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第三章
膜技术简介
厚膜（Thick Film）技术和薄膜技术（Thin Film）是电 子封装中的重要工艺技术，统称为膜技术。可用以制作电 阻、电容或电感等无源器件，也可以在基板上制成布线导 体和各类介质膜层以连接各种电路元器件，从而完成混合 （Hybrid）集成电路电子封装。
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厚膜技术
第三章
厚膜技术是采用丝网印刷、干燥和烧结等工艺，将传统 无源元件及导体形成于散热良好的陶瓷绝缘基板表面,并用 激光处理达到线路所需之精密度, 再采用SMT技术, 将IC或 其他元器件进行安装, 构成所需要的完整线路, 最后采用多 样化引脚和封装方式, 实现模块化的集成电路——厚膜混 合集成电路（HIC，Hybrid Integrated Circuit）。
玻璃粘结的不足？ 物理过程因存在热循环和热储存而退化 烧结玻璃材料表面存在玻璃相，影响后续组装工艺。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
金属氧化物粘接机理： 金属Cu和Cd（镉）与浆料混合，发生基板表面氧化反
应生成氧化物，金属与氧化物粘结并通过烧结结合在一起。 金属氧化物粘结的优缺点？
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球磨设备和临界速率
第三章
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厚膜浆料的参数
服了上述两种粘结剂的缺点，称之为混合粘结系统。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有机粘结剂
有机粘接剂通常是一种触变的流体，作用： 可使有效物质和粘接成分保持悬浮态直到膜烧制完 成； 可为浆料提供良好的流动特性以进行丝网印刷。
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厚膜浆料
第三章
所有厚膜浆料通常有两个共性： 一、适于丝网印刷的具有非牛顿流变能力的黏性流体； 二、有两种不同的多组分相组成，一个是功能相，提供最
终膜的电和力学性能，另一个是载体相（粘合剂），提供合 适的流变能力。
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牛顿流体和非牛顿流体
第三章
牛顿流体指剪切应力与剪切变形速率成线性关系，即在 受力后极易变形，且剪切应力与变形速率成正比的低粘 性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。
溶剂或稀释剂用于烧结前的有机粘结剂的稀释， 烘干和烧结时挥发掉。
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厚膜浆料的制备
第三章
配制浆料时，须将各成分按一定比例充分混合。制造 过程开始于粉末态的物质，通过从化学溶液中沉淀出来 的金形成的金粉末与细筛的玻璃粉混合，加入运载剂 （由适当的溶剂、增稠剂或胶混合）后用球磨机使混合 物充分混合来减小玻璃料和其他脆性材料的颗粒尺寸， 最后由三辊轧膜机将浆料的组分弥散开，保证颗粒尺寸 均匀。
牛顿内摩擦定律表达式：τ=μγ 式中：τ--所加剪切应力；
γ--剪切速率（流速梯度）； μ--度量液体粘滞性大小的物理量—黏度，其物 理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。 服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体。
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厚膜多层制作步骤
第三章
重庆城市管膜浆料可分为聚合物厚膜、难熔材料厚膜和金属陶 瓷厚膜；其中，难熔材料厚膜是特殊一类金属陶瓷厚膜， 需要在较之传统金属陶瓷材料更高的温度下进行烧结。
厚膜印刷所用材料是一种特殊材料——浆料，而薄膜技 术则是采用镀膜、光刻和刻蚀等方法成膜。
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厚膜电路特点及应用
第三章
较之普通PCB，厚膜电路在散热性和稳定性方面优 势明显；而且，比普通PCB能更适应环境。
由于汽车电子产品所处环境通常都比较苛刻（不包 括车内影音娱乐系统），比如动力控制系统和发动系 统，所处环境高温、高湿、大功率、高振动等。普通 PCB无法满足这些环境条件需求时，厚膜电路就会体 现出它的价值。基于厚膜电路在高温、高压、大功率 的应用中有极大的优势。一般主要应用在汽车电子、 通讯系统领域、航空航天及一些军工领域。
通常情况下介电体是绝缘体，在外加一定强度电场的情 况下，会导致电击穿成为导电材料，常用于制作电容器。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
粘接成分：主要有两类物质用于厚膜与基板的粘接：玻 璃材料和金属氧化物，可以单独使用或者一起使用。 玻璃材料粘接机理： 【与基板中的玻璃发生化学反应】和【玻璃态物质熔融流 入基板不规则表面】
质保持悬浮状态的基体； 有机粘结剂—提供丝网印刷时的合适流动性能； 溶剂或稀释剂—决定运载剂的粘度
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—有效物质
浆料中的有效物质决定烧结膜的电性能，如果是金属则 烧结膜是导体，如果是金属氧化物则是一种电阻；如果有 效物质是一种绝缘材料，则烧结后的膜是一种介电体，有 效物质一般以粉末形式出现，颗粒尺寸为1-10um，平均粒 径约5um。
有机粘结剂不挥发，但在高温下趋于烧尽，粘结剂 在烧结过程中必须被完全氧化，不能存在有影响膜的 残余物质（C）存在。
氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—溶剂或稀释剂
自然形态的有机粘结剂太粘稠不能进行丝网印刷， 需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥发， 在大约100℃以上就会迅速蒸发，典型材料是萜品醇、 丁醇和某些络合的乙醇；
聚合物厚膜材料：包含带有导体、电阻或绝缘颗粒的聚 合物材料混合物，通常在85-300摄氏度范围内固化。聚 合物导体主要是C和Ag，常用于有机基板材料上。
金属陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金属的混合物，通常在850-
1000摄氏度的范围内烧结。
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传统厚膜浆料的主要成分
第三章
传统的金属陶瓷厚膜浆料具有四种主要成分： 有效物质—决定膜功能 粘结成分—提供膜与基板间的粘结以及使有效物
第三章 厚/薄膜技术
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前课回顾
1.芯片互连技术的分类
第三章
2.WB技术、TAB技术与FCB技术的概念 3.三种芯片互连技术的对比分析
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芯片互连技术对比分析
第三章
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主要内容
➢ 厚膜技术简介
➢ 厚膜导体材料
第三章
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第三章
膜技术简介
厚膜（Thick Film）技术和薄膜技术（Thin Film）是电 子封装中的重要工艺技术，统称为膜技术。可用以制作电 阻、电容或电感等无源器件，也可以在基板上制成布线导 体和各类介质膜层以连接各种电路元器件，从而完成混合 （Hybrid）集成电路电子封装。
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厚膜技术
第三章
厚膜技术是采用丝网印刷、干燥和烧结等工艺，将传统 无源元件及导体形成于散热良好的陶瓷绝缘基板表面,并用 激光处理达到线路所需之精密度, 再采用SMT技术, 将IC或 其他元器件进行安装, 构成所需要的完整线路, 最后采用多 样化引脚和封装方式, 实现模块化的集成电路——厚膜混 合集成电路（HIC，Hybrid Integrated Circuit）。
玻璃粘结的不足？ 物理过程因存在热循环和热储存而退化 烧结玻璃材料表面存在玻璃相，影响后续组装工艺。
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第三章
传统金属陶瓷厚膜浆料成分—粘结成分
金属氧化物粘接机理： 金属Cu和Cd（镉）与浆料混合，发生基板表面氧化反
应生成氧化物，金属与氧化物粘结并通过烧结结合在一起。 金属氧化物粘结的优缺点？
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球磨设备和临界速率
第三章
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厚膜浆料的参数