厚膜导体材料
3第三讲厚膜技术
3.3 厚膜浆料的关键参数
3.3.2 固含量
功能相与黏贴成分的质量与浆料总质量的比值。
作用：
保证烧成厚膜的密实度及性能可靠性；
使浆料具有良好的流动性，进而保证印刷质量
3.4 不同的厚膜材料
3.4.1 厚膜导体材料
实现的功能：
（1）在电路节点之间提供导电布线；
（2）提供多层电路导体层之间的电连接；
排胶气流的计算公式：V = P×L×A×W×S [l/min]
V：排胶气流所需的量: [l/min]
P：浆料印刷面积占基片面积的比率:
L：炉子负载因子，单位面积炉带上基片的面积:
A：印刷后单位面积浆料排胶所需的气流，为常数0.4 l/cm2
W：炉带宽度:
S：炉带速度:
3.4 不同的厚膜材料
3.4.5 厚膜电阻
1959, Dupont Corp, Ag-Pd.
1960’s, Dupont Corp, RuO2-based conductive phase.
1.0 for 20min
15.55
15.35
R
15.15
14.95
14.75
14.55
0
20
40
60
80
T
100
120
140
3.4 不同的厚膜材料
3.4.5 厚膜电阻
3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺
3.2.2 厚膜浆料的制备工艺
所用球磨介质为2mm玛瑙球
3.2 厚膜浆料的原材料及制备工艺
3.2.2 厚膜浆料的制备工艺
三辊研磨机
3.3 厚膜浆料的关键参数
3.3.1 颗粒粒度
厚膜电阻和金属膜电阻
厚膜电阻和金属膜电阻电阻是电路中最基本的元器件之一，它用于限制电流的流动，从而控制电路的功率和温度。
在电子设备中，常用的电阻有厚膜电阻和金属膜电阻。
本文将详细介绍这两种电阻。
一、厚膜电阻厚膜电阻是指将导体材料通过印刷、喷涂等方式直接印刷在绝缘基板上形成的一种电阻。
其特点是具有较高的功率承受能力、较低的价格和较好的可靠性。
厚膜电阻主要应用于大功率、高频等场合。
厚膜电阻的制作过程包括以下几个步骤：1. 基板选择：通常采用陶瓷基板或玻璃纤维基板，因为它们具有良好的耐热性和耐化学性。
2. 导体材料选择：通常采用银浆或铜浆作为导体材料，因为它们具有良好的导电性和可加工性。
3. 印刷工艺：将导体材料通过印刷、喷涂等方式直接印刷在基板上，并通过加热使其与基板牢固结合。
4. 制程检验：对印刷后的电阻进行测试，以保证其符合要求。
厚膜电阻的优点是功率承受能力强，价格低廉，可靠性高。
但是它也存在一些缺点，如精度不高、温度系数大、频率响应差等。
二、金属膜电阻金属膜电阻是指将金属材料通过真空镀膜技术直接镀在绝缘基板上形成的一种电阻。
其特点是具有较高的精度、稳定性和频率响应能力。
金属膜电阻主要应用于精密仪器、计算机等领域。
金属膜电阻的制作过程包括以下几个步骤：1. 基板选择：通常采用陶瓷基板或玻璃纤维基板，因为它们具有良好的耐热性和耐化学性。
2. 金属材料选择：通常采用铬、镍铬等材料作为导体材料，因为它们具有良好的导电性和可加工性。
3. 真空镀膜工艺：将金属材料通过真空镀膜技术直接镀在基板上，并通过加热使其与基板牢固结合。
4. 制程检验：对镀膜后的电阻进行测试，以保证其符合要求。
金属膜电阻的优点是精度高、稳定性好、频率响应能力强。
但是它也存在一些缺点，如价格昂贵、功率承受能力较弱等。
综上所述，厚膜电阻和金属膜电阻都是常见的电阻类型。
它们各自具有不同的特点和应用场合。
在选择电阻时，需要根据实际需求进行选择，以达到最佳的性能和成本效益。
第3章 厚薄膜技术
常用薄膜导体
过渡金属
Mo、Ir、Ni、Pd、Fe、Pt、W、Ta、Cr、Ti、Zr 导电性差；仅用作复合金属膜
2、电阻薄膜材料
常用的电阻薄膜材料电阻率多发布在 100~2000μΩ·cm 电阻薄膜材料主要有三大类：金属类、合金 类、陶瓷类。
薄膜电阻材料的基本要求 与其他薄膜元件如电容、导线的制造工艺 兼容 良好的工艺性 稳定的电性能 化学稳定性好，材料和工艺成本低
厚膜导体的附着机理
附着机理 金属粒子由热扩散和粘性流动而连接，形 成网状结构 但金属与陶瓷基片的结合很弱 熔化的玻璃可以润湿陶瓷基片表面，产生 连接 玻璃渗入金属网状结构中，形成机械连接
厚膜导体表面形态
厚膜集成电路
采用丝网漏印、等离子喷涂和高温烧结等 技术在绝缘基片上制作的集成电路；
厚薄膜电路的材料-基片材料
分为两大类： 高介电常数介电体：介电常数在数百以 上，主要用于制造厚膜电容器； 低介电常数介电体：ห้องสมุดไป่ตู้电常数在10以下， 用于表面钝化、交叉绝缘层、多层布线绝 缘层及低容量电容器。
高介电常数介电体
高介电常数厚膜电容器主要为：BaTiO3、 Pb（Fe2/3W1/3）x（Fe1/2N1/2）和 TizO3 等。近年继续以BaTiO3钛酸钡为主进行开 发，只是将Ba和Ti由Pb、Ca、Fe等替 代，其介电常数可高达3000~5000。 除介电体材料特性外，烧成温度、时间、 电极材料和尺寸对电容器的特性都用较大 影响。
直流溅射—制备各类金属膜 射频溅射—各类金属与非金属膜 磁控溅射–-是一种淀积速度高、工作气压低的溅射 技术，提高了淀积速度及膜质量， 反应溅射—采用纯金属作为靶材，在气体中混入适 量的活性气体，获得不同的化合物薄膜。
电子元器件厚膜技术介绍
电子元器件厚膜技术介绍厚膜技术是通过丝网印刷的方法把导体浆料、电阻浆料或介质浆料等材料淀积在陶瓷基板上，经过高温烧成，在基板上形成粘附牢固的膜。
经过连续多次重复，就形成了多层互连结构的电路，该电路中可包含集成的电阻、电容或电感［1］。
厚膜技术主要用于高可靠和高性能的场合，如军事、航空、航天和测试设备中。
这些技术也成功地应用于大批量生产的低成本设备，这些应用领域包括汽车（发动机控制系统、安全防抱死系统等）、通信工程（程控交换机用户电路、微型功率放大器等）、医疗设备和消费电子（家用视听产品）等。
过去，由于材料和工艺技术等各方面的局限，厚膜产品一般用在中低频率。
随着电子整机小型、轻量、多功能、高可靠化的要求日趋迫切，厚膜工艺和材料等各方面也朝高密度、大功率、高频化方向发展。
人们相继开发了适合于微波和RF电路应用的厚膜浆料、基板材料、介质材料和工艺。
这些厚膜技术和材料日益成熟，加上厚膜工艺开发周期短，成本低，适合于大批量生产的特点，应用不断扩大。
90年代迅速发展的共烧陶瓷多芯片组件（MCM－C），是厚膜混合技术的延伸与发展，是厚膜陶瓷工艺的体现。
MCM－C的基板根据烧成温度的不同，分为高温共烧陶瓷（HTCC）基板和低温共烧陶瓷（LTCC）基板两种。
低温共烧陶瓷技术的导体的电阻率较低，介质材料的高频性能好，工艺灵活，能满足各种芯片组装技术的要求，适合于在微波和RF电路应用。
本文从厚膜材料、厚膜细线工艺、低温共烧陶瓷（LTCC）等方面介绍了微波和RF电路中厚膜技术的研究成果及广泛应用。
2 厚膜材料厚膜材料包括厚膜浆料和厚膜基板材料。
厚膜浆料有导体浆料、电阻浆料、介质浆料和包封浆料等。
通用的厚膜基板是陶瓷材料，如96％氧化铝及99％氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷。
最常用的是96％氧化铝陶瓷。
2．1 厚膜浆料厚膜浆料主要由三部分组成：功能相、粘结相和载体。
功能相决定了成膜后的电性能和机械性能。
在导体浆料中，功能相一般为贵金属或贵金属的混合物。
金基厚膜导体浆料
金基厚膜导体浆料
金基厚膜导体浆料是一种高性能的电子材料，它在电子设备中扮演着重要的角色。
它由金属纳米颗粒和有机载体组成，具有优异的导电性能和机械性能。
金基厚膜导体浆料的优势在于它的稳定性和可靠性，能够适应各种复杂的电子设备应用场景。
同时，它还具有优异的耐腐蚀性和耐磨损性，能够保证电子设备的长期稳定运行。
此外，金基厚膜导体浆料还具有优异的可加工性和可操作性，能够方便地应用于各种制造工艺中。
因此，它在电子设备制造领域中得到了广泛的应用。
金基厚膜导体浆料在电子设备制造领域中的应用非常广泛。
它可以用于制造各种电子元器件，如电阻、电容、电感等。
由于其优异的导电性能和机械性能，金基厚膜导体浆料能够保证电子元器件的稳定性和可靠性，提高电子设备的整体性能。
此外，金基厚膜导体浆料还可以用于制造太阳能电池板。
太阳能电池板是利用太阳能转化为电能的一种装置，而金基厚膜导体浆料可以作为太阳能电池板中的电极材料。
由于其优异的导电性能和耐腐蚀性，金基厚膜导体浆料能够保证太阳能电池板的稳定性和可靠性，提高太阳能电池板的转换效率。
另外，金基厚膜导体浆料还可以用于制造LED灯具。
LED灯具是一种高效、环保的照明设备，而金基厚膜导体浆料可以作为LED灯具中的电极材料。
由于其优异的导电性能和耐磨损性，金基厚膜导体浆料能够保证LED灯具的长期稳定运行和使用寿命。
总之，金基厚膜导体浆料是一种高性能的电子材料，在电子设备制造领域中得到了广泛的应用。
它的优异性能和广泛应用为电子设备制造领域的发展提供了有力的支持。
电子元器件厚膜技术介绍
电子元器件厚膜技术介绍厚膜技术是通过丝网印刷的方法把导体浆料、电阻浆料或介质浆料等材料淀积在陶瓷基板上，经过高温烧成，在基板上形成粘附牢固的膜。
经过连续多次重复，就形成了多层互连结构的电路，该电路中可包含集成的电阻、电容或电感［1］。
厚膜技术主要用于高可靠和高性能的场合，如军事、航空、航天和测试设备中。
这些技术也成功地应用于大批量生产的低成本设备，这些应用领域包括汽车（发动机控制系统、安全防抱死系统等）、通信工程（程控交换机用户电路、微型功率放大器等）、医疗设备和消费电子（家用视听产品）等。
过去，由于材料和工艺技术等各方面的局限，厚膜产品一般用在中低频率。
随着电子整机小型、轻量、多功能、高可靠化的要求日趋迫切，厚膜工艺和材料等各方面也朝高密度、大功率、高频化方向发展。
人们相继开发了适合于微波和RF电路应用的厚膜浆料、基板材料、介质材料和工艺。
这些厚膜技术和材料日益成熟，加上厚膜工艺开发周期短，成本低，适合于大批量生产的特点，应用不断扩大。
90年代迅速发展的共烧陶瓷多芯片组件（MCM－C），是厚膜混合技术的延伸与发展，是厚膜陶瓷工艺的体现。
MCM－C的基板根据烧成温度的不同，分为高温共烧陶瓷（HTCC）基板和低温共烧陶瓷（LTCC）基板两种。
低温共烧陶瓷技术的导体的电阻率较低，介质材料的高频性能好，工艺灵活，能满足各种芯片组装技术的要求，适合于在微波和RF电路应用。
本文从厚膜材料、厚膜细线工艺、低温共烧陶瓷（LTCC）等方面介绍了微波和RF电路中厚膜技术的研究成果及广泛应用。
2 厚膜材料厚膜材料包括厚膜浆料和厚膜基板材料。
厚膜浆料有导体浆料、电阻浆料、介质浆料和包封浆料等。
通用的厚膜基板是陶瓷材料，如96％氧化铝及99％氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷。
最常用的是96％氧化铝陶瓷。
2．1 厚膜浆料厚膜浆料主要由三部分组成：功能相、粘结相和载体。
功能相决定了成膜后的电性能和机械性能。
在导体浆料中，功能相一般为贵金属或贵金属的混合物。
电子元器件厚膜技术介绍
电子元器件厚膜技术介绍厚膜技术是通过丝网印刷的方法把导体浆料、电阻浆料或介质浆料等材料淀积在陶瓷基板上，经过高温烧成，在基板上形成粘附牢固的膜。
经过连续多次重复，就形成了多层互连结构的电路，该电路中可包含集成的电阻、电容或电感[1]。
厚膜技术主要用于高可靠和高性能的场合，如军事、航空、航天和测试设备中。
这些技术也成功地应用于大批量生产的低成本设备，这些应用领域包括汽车（发动机控制系统、安全防抱死系统等）、通信工程（程控交换机用户电路、微型功率放大器等）、医疗设备和消费电子（家用视听产品）等。
过去，由于材料和工艺技术等各方面的局限，厚膜产品一般用在中低频率。
随着电子整机小型、轻量、多功能、高可靠化的要求日趋迫切，厚膜工艺和材料等各方面也朝高密度、大功率、高频化方向发展。
人们相继开发了适合于微波和RF电路应用的厚膜浆料、基板材料、介质材料和工艺。
这些厚膜技术和材料日益成熟，加上厚膜工艺开发周期短，成本低，适合于大批量生产的特点，应用不断扩大。
90年代迅速发展的共烧陶瓷多芯片组件（MCI\4 C）,是厚膜混合技术的延伸与发展，是厚膜陶瓷工艺的体现。
MCM C的基板根据烧成温度的不同，分为高温共烧陶瓷（HTCC基板和低温共烧陶瓷（LTCC基板两种。
低温共烧陶瓷技术的导体的电阻率较低，介质材料的高频性能好，工艺灵活，能满足各种芯片组装技术的要求，适合于在微波和RF电路应用。
本文从厚膜材料、厚膜细线工艺、低温共烧陶瓷（LTCC等方面介绍了微波和RF 电路中厚膜技术的研究成果及广泛应用。
2 厚膜材料厚膜材料包括厚膜浆料和厚膜基板材料。
厚膜浆料有导体浆料、电阻浆料、介质浆料和包封浆料等。
通用的厚膜基板是陶瓷材料，如96％氧化铝及99％氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷。
最常用的是96％氧化铝陶瓷。
2．1 厚膜浆料厚膜浆料主要由三部分组成：功能相、粘结相和载体。
功能相决定了成膜后的电性能和机械性能。
在导体浆料中，功能相一般为贵金属或贵金属的混合物。
集成电路芯片封装技术之厚膜技术(ppt 25页)
厚膜技术
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）。
氮气中烧结的有机载体必须发生分解和热解聚。
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，
可为浆料提供良好的流动特性以进行丝网印刷。 基于厚膜电路在高温、高压、大功率的应用中有极大的优势。
需要使用溶剂或稀释剂，稀释剂比粘结剂较容易挥发， 为适应丝网印刷，浆料需具有下述特性：
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
芯片互连技术对比分析
主要内容
➢ 厚膜技术简介
➢ 厚膜导体材料
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。
球磨设备和临界速率
厚膜浆料的参数
厚膜浆料的参数： 粒度（FOG 细度计测量） 固体粉末百分比含量（400℃煅烧测量） 粘度（锥板或纺锤粘度计测量）。
为适应丝网印刷，浆料需具有下述特性： 【流体比须具有一个屈服点】—印刷后静止不流动，流动最 小压力远大于重力 【流体应具有某种触变性】—剪切速率影响流体流动性 【流体应具有某种程度滞后作用】—粘度随压力降低而增加
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实现的功能： （1）在电路节点之间提供导电布线； （2）提供多层电路导体层之间的电连接； （3）提供端接区以连接厚膜电阻； （4）提供元器件与膜布线以及更高一级组装的电互连； （5）提供安装区域，一边安装元器件.
4.2.2 厚膜导体材料
两大类:贵金属和贱金属。
对于厚膜导体金属的要求主要有以下几点：
2) 浸润性。测量导体膜上焊料液滴的展宽直径。
3) 耐焊料浸蚀性。将导体膜反复浸入焊料液体中，测量到明显发 生浸蚀的浸入次数。
4) 迁移性。在导体图形间滴上水滴，并施加一定的电压，测量达 到短路经过的时间。
5) 结合强度。在导体膜上焊接引线，沿垂直于膜面方向拉伸，测 量拉断时的强度，确定破断位置，分析断面形貌结构等。
6) 热老化后的强度。焊接后，在150摄氏度下放置48小时，测量 导线的结合强度等。
下面介绍几种能较好满足上述要求的常用厚膜导体材料： a) Ag • Ag浆料的最大优点是电导率高。
• 焊接后的Ag厚膜导体，随时间加长及温度上升，其与基 板的附着强度下降。这是由于Ag与玻璃层间形成Ag-O 键，以及与焊料扩散成分生成 Ag3Sn 所致。为了防止或 减少 Ag3Sn 的发生，或者使Ag膜加厚，或者在Ag上电镀 Ni.
为提高Ag-Pd导体的焊接浸润性，以及导体与基板间 的结合强度，需要添加Bi2O3 。在烧成过程中，部分 Bi2O3 溶入玻璃中，在使玻璃的相对成分增加的同时，它与 基板发生如下反应：
Bi2O3 Al2O3 2(Bi Al)2 O3
使膜的结合强度得到增大。
焊接时要对膜加热，加热时间增加，金属颗粒与玻璃 成分之间分散的 Bi2O3 ，会由于焊料的主要成分Sn向 导体内部扩散，而发生还原反应：
• 因此，出现了加入玻璃及 等富于流动性的物质，使烧结 温度降低的混合结合型浆料Bi2。O3
4.2.3厚膜浆料的组成与特性
厚膜电路是在所需的陶瓷基 片上，通过丝网印刷粘性浆料 形式的导电的、电阻性的和绝 缘的材料。将印刷的厚膜浆料 烘干以去除易挥发的成分，并 且暴露在高温下激活粘结机理， 使厚膜粘附于基板上。
功能性颗粒 粒径：1-10μ m; 形貌：球状，圆片状等
合剂 d. 调节载体相粘性的溶剂或稀释剂
a. 有效成分
• 浆料中的有效成分决定了烧结厚膜的电学特性。若有 效成分是金属，烧结厚膜将会是导体；若是导电的金 属氧化物，烧结膜将会是Βιβλιοθήκη 阻；若是绝缘体，烧结膜 将会是电介质。
• 有效成分一般是颗粒尺寸在1~10微米之间的粉末，平 均直径在5微米左右。
• 颗粒的表面形貌可根据制作金属粒子方法不同有很大 差别，球形、薄片状或圆形的颗粒均可由粉末制造工 艺得到。必须严格控制粒子形态、尺寸和分布状态以 保证烧结膜性能的均匀性。
• 将Au与玻璃粉末分散于有机溶剂中形成玻璃粘结剂型浆料， 在烧结时玻璃易浮到膜层表面，对导电性及引线键合等都有 影响。
• 代替玻璃而加入 TiO2,CuO,CdO等，与基板反应，生成 CuAl2O4,CdAl2O（4 铝酸铜、铝酸镉）等化合物，成为导体膜与基 板之间的界面。这种化合物和基板之间形成化学结合的形式， 属于不用玻璃粘结剂的浆料，但生成化合物温度高是难点。
1) 电导率高,TCR小； 2) 与玻璃不发生反应，不向厚膜介电体及厚膜电阻体
中扩散； 3) 与介电体及电阻体的相容性好； 4) 不发生迁移现象； 5) 可以焊接及引线键合 6) 不发生焊接浸蚀； 7) 耐热循环； 8) 资源丰富，价格便宜。
选用导体时，通常要进行下述试验:
1) 测定电阻值(按需要有时也包括TCR)
利用这种方式，通过逐次沉 积各层，可以形成多层之间互 连结构，其中还可以包含集成 的电阻、电容和电感。
所有的厚膜浆料都有两个共同的一般特征： 1.它们都是符合非牛顿流变学的粘性流体，适合丝
网印刷。 牛顿流体：牛顿流体定律中的比例系数即粘度是一
个不变的常数的这类流体。研究对象是水或气体 等小分子流体 非牛顿流体：粘度不再是一个不变的常数。油漆和 涂料 剪切变稀流体：非牛顿流体当有外力作用时粘度变 得很小，没有外力时又变得很大，具有这种流变 性能的流体称为“剪切变稀流体”。
• Ag的最大缺点是易化学迁移。这是由于Ag与基板表面 吸附的水分相互作用，生成 AgOH，它不稳定，容易被 氧化而析出Ag,从而引起Ag的迁移。为了抑制，一般要 在浆料中添加pd或pt.
b) Ag-Pd
• 在Ag中添加Pd,当Pd/(Pd+Ag)>0.1左右时，即可较 好的抑制Ag的迁移。但当Pd的添加量较多时，会发 生氧化生成PdO，不仅使导体焊接性能变差，而且造 成电阻的增加。 因此，Ag/Pd比一般控制在 (2.5:1)~(4:1).最近，通过粒度控制，采用球形Ag颗粒， 防止其凝聚等，使膜的导电性提高，由此开发出 Ag/Pd为(5:1)~(10:1)的制品。
• 在多层工艺中与介电体共烧时容易出现分层现象和微 孔，由于烧结时缺氧，有机粘结剂等不能完全燃烧和 排除，与分层一起造成绝缘性能的下降。
• Cu与 Al2O3 基片的界面处易生成Cu2 AlO4 （偏铝酸 铜）,影响膜与基片的结合强度和膜的导电性能。
d) Au
在金浆料中按膜与基片的结合方式分为玻璃粘结剂型、无玻 璃粘结剂型、混合结合型三种。
2Bi2O3 3Sn 4Bi 3SnO2
从而使膜的结合强度下降。故最近开发了许多不含Bi 而采用其他玻璃粘结剂的Pd-Ag浆料，特别是适用于 AlN陶瓷基片的浆料。
c) Cu • 与贵金属相比，Cu具有很高的电导率，可焊接，耐迁
移性，耐焊料浸蚀性都好，而且价格便宜。
• Cu在大气中烧结会氧化，需要在氮气气氛中烧结。
厚膜浆料即为具有剪切变稀性质的非牛顿流体
2.厚膜浆料都由两类不同的多组份相组成，一类相 用于实现厚膜的电学和机械特性，一类载体相提 供适当的流变性。
常规的厚膜浆料有四个主要成分： a. 形成膜功能的有效成分。 b. 提供基板与保持活性粒子悬浮状态的结合料之间
粘结的粘结相 c. 提供合适的流体特性以适用于丝网印刷的有机粘