厚膜与薄膜技术
《薄膜材料》PPT课件
浆料印刷法形成的膜层——厚膜，前者膜厚多，厚～ 200微米
薄膜的真空沉积法优点
可以得到各种材料的膜层 镀料气化方式很多（如电子束蒸发、溅射、气体源等），控 制气氛还可以进行反应沉积
通过基板、镀料、反应气氛、沉积条件的选择，可以对界面结 构、结晶状态、膜厚等进行控制，还可制取多层膜、复合膜及 特殊界面结构的膜层等。由于膜层表面精细光洁，故便于通过 光刻制取电路图形
特别是可直接印刷电路图形。
典型的成膜方法
电镀和化学镀成膜
是依靠电场反应，使金属从金属盐溶液中析出成 膜的方法
电镀 促进电场析出的还原能量由外部电源提供
化学镀 需添加还原剂，利用自分解而成膜
电镀或化学镀成膜的特点 可对大尺寸基板大批量成膜，与其他成膜方法 相比，设备投资低 需要考虑环境保护问题
为保证金属—半导体间连接为欧姆接触，要求： 金属与半导体的结合部位不形成势垒 对于ｎ型半导体，金属的功函数要比半导体的功函数小 对于ｐ型半导体，与上述相反 金属与半导体结合部的空间电荷层的宽度要尽量窄，电子 直接从金属与半导体间向外迁移受到限制等
2、薄膜材料
导体薄膜材料 电阻薄膜材料 介质薄膜材料 功能薄膜材料
2、薄膜材料 导体薄膜材料
材料的种类及性质 实际情形
单一种导体不可能满足上述所有要求 构成电子电路往往需要多种导体膜的组合
2、薄膜材料 导体薄膜材料
而且 相互连接及电极中往往也不是采用单一金属，而是多种导体膜积 层化，以达到上述各种要求
多层金属组合的实例
2、薄膜材料 导体薄膜材料
从道理上讲，这种方法ຫໍສະໝຸດ 以在任何基板上沉积任何物 质的薄膜，但一般多用于氧化物、氮化物等绝缘材料 及合金材料的成膜
典型的成膜方法 ＣＶＤ法
hic厚膜和薄膜工艺流程
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碳膜 金属膜 薄膜 厚膜
碳膜金属膜薄膜厚膜
碳膜、金属膜、薄膜和厚膜是在不同领域中常用的材料或结构，它们具有各自的特点和应用。
碳膜是一种由碳材料制成的薄膜，通常具有高导电性、化学稳定性和机械强度。
它可以通过化学气相沉积、溅射等方法制备。
碳膜常用于电子学、光学和摩擦学等领域，例如作为电容器的电极、太阳能电池的导电层、硬盘的保护膜等。
金属膜是由金属材料制成的薄膜，具有良好的导电性、反射性和延展性。
金属膜可以通过物理气相沉积、电镀等方法制备。
它在电子学、光学、磁学和装饰等领域有广泛应用，例如作为半导体器件的电极、光学反射镜、金属镀膜的装饰品等。
薄膜是一种相对较薄的材料层，其厚度通常在几纳米到几微米之间。
薄膜可以由各种材料制成，如金属、半导体、绝缘体、有机材料等。
薄膜技术在电子学、光学、能源、生物医学等领域有广泛应用，例如薄膜晶体管、太阳能电池、光学镀膜、生物传感器等。
厚膜是指相对较厚的膜层，其厚度通常在几十微米到几百微米之间。
厚膜可以通过丝网印刷、喷涂、电泳等技术制备。
厚膜在电子学、传感器、微机电系统等领域有应用，例如厚膜电阻、厚膜电路、厚膜传感器等。
这些材料和结构在不同的领域中都有重要的应用，并且随着科技的不断发展，它们的应用范围还在不断扩大和创新。
第3章 厚薄膜电路
溅射蚀刻优点
（1）膜下的材料不存在任何钻蚀问题，气体离 子以基板的法线方向撞击基板。这就意味着没有 任何离子从切线方向撞击膜，因而侧面平直，与 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。
电阻丝蒸发与电子束蒸发（2）
电子束蒸发法具有很多的优点。通过电场 加速的电子流在进入磁场后倾向与呈弧线运动， 利用这种现象，把高能电子流直接作用在蒸发 物质上。当它们轰击到蒸发剂时，电子的动能 转变成热。因为舟的电阻并不是一个影响因素， 而控制电子能量的参数是容易测量和控制的， 所以电子束蒸发是更容易控制的。此外，热将 更集中和强烈，使得在高于10-2torr温度下蒸发 成为可能，也减轻了蒸发剂与舟之间的反应。
图 电子束蒸发装置示意图
2、溅射法—可制备各类金属、合金、化合物薄 膜。
直流溅射—制备各类金属膜
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。
溅射淀积薄膜
如图所示，在一个大约10Pa压力的局部真空里形 成一个导电的等离子体，用于建立等离子体所用的气 体通常是与靶材不发生反应的某种惰性气体，例如氩 气。基板和靶材置于等离子体中，基板接地，而靶材 具有很高的AC或DC负电位，高电位把等离子体中的 气体离子吸引到靶材上，具有足够动能的这些离子与 靶材碰撞，撞击出具有足够残余动能的微粒，使其运 动到达基板并黏附其上。
第3章
厚/薄膜技术
概述
厚膜技术使用丝网印、干燥与烧结三种工艺方法。 薄膜技术是一种减法技术，使用镀膜、光刻与刻蚀方法。 均用于制作电阻、电容、基板上的布线导体等。
薄膜技术
1.薄膜技术
1.2 蒸镀
1.பைடு நூலகம்膜技术
1.3 CVD化学气相沉积 利用化學反應將反應物（通常為氣體）生成固態 的生成物沉積於晶片表面之技術，简称 CVD。 主要的材料有： 导体 : W，TiN 介电材料 : SiO2，Si3N4 半导体 : poly Si，amorphous Si
1.薄膜技术
1.4. 电镀 电镀工艺：是利用电解原理在基板表面上镀覆一 层金属的过程。
2.1薄膜电阻
晶粒电阻
热处理是关键！ 晶界电阻
2.薄膜材料
2.2 阻挡层材料
（1）氮化鈦 (TiN) （2）鈦鎢合金(TiW) （3）Ta与TaN: 主要作为銅制程阻挡层材料 来自铜的挑战 (a) 低電阻率(銅約1.8 μΩ-cm，鋁約 3 μΩ-cm ) (b) 與SiO2 附着力不佳； (c) 對SiO2 及硅扩散速率快，易造成元件恶化；
2.薄膜材料
2.3 导体材料
铝合金的尖峰现象
电致迁移
2.薄膜材料
2.4 薄膜基板
3.薄膜表征
XRD分析
3.薄膜表征
• SEM（EDS）
3.薄膜表征
• AFM
2.薄膜材料
2.1 薄膜电阻
Ni-Cr合金
2.薄膜材料
2.1薄膜电阻
Re-measure (30min) 16.76
Resistance (Ω)
16.56 16.36 16.16 15.96 15.76 0 20 40 60 80 100 120 140
Temperature (℃)
2.薄膜材料
（2）薄膜电阻
概述
薄膜技术在电子封装中的应用: （3）薄膜基板
（4）导线材料
厚膜工艺技术
厚膜工艺技术厚膜工艺技术是一种常用于塑料加工的技术，它可以让塑料材料形成均匀而稳定的厚膜，广泛应用于包装、建筑、农业等领域。
下面我们来详细了解一下厚膜工艺技术。
厚膜工艺技术主要包括三个主要步骤：挤出、延伸和冷却。
首先是挤出步骤。
在这个步骤中，将塑料颗粒加热熔化，并通过挤出机将熔融塑料挤出成膜状。
挤出机通常由加料装置、螺杆、模头和冷却装置组成。
塑料颗粒首先通过加料装置进入螺杆，然后在螺杆的作用下被加热和熔化。
熔融的塑料通过模头被挤出，形成薄膜状。
挤出速度、温度以及螺杆的转速等参数都会对薄膜的厚度、质量和形状产生影响。
接下来是延伸步骤。
在挤出后，熔融的塑料薄膜会被拉伸或延伸，在此过程中可以提高膜的强度和透明度。
延伸可以通过两种方式完成：纵向延伸和横向延伸。
纵向延伸是指将薄膜沿纵向方向延长，通常通过两个不同速度的辊子实现。
横向延伸是指将薄膜沿横向方向延长，通常通过充气或机械牵引实现。
延伸过程中需要注意控制延伸力度和速度，以避免薄膜断裂或失去形状。
最后是冷却步骤。
延伸后的薄膜需要进行冷却，使其快速降温并保持所期望的形状和性能。
冷却方式可以是自然冷却或冷却装置辅助。
自然冷却是将薄膜放置在冷却室中，利用自然风力或冷却介质的对流来降温。
冷却装置辅助可以通过空冷或水冷方式实现，以加速薄膜的冷却过程。
冷却过程中需要控制温度和冷却速度，以确保薄膜的最终性能。
总体而言，厚膜工艺技术是一种高效、经济的塑料加工技术。
它能够制备出具有一定厚度的塑料膜，具有很好的耐久性、透明度和韧性。
厚膜工艺技术广泛用于包装领域，如食品包装、医药包装等，可以提供优异的保护性能和外观效果。
此外，厚膜工艺技术还在建筑、农业等领域得到应用，如地膜、大棚膜等。
随着科技的不断进步，厚膜工艺技术还将继续发展，为各个领域的应用提供更多的可能性。
第3章厚膜与薄膜技术资料
2019/6/25
天津工业大学
主讲人：张建新 主楼 A415
1
课程概况
第1章 集成电路芯片封装概述
第2章 封装工艺流程
第3章 厚膜与薄膜技术
第4章 焊接材料
第5章 印制电路板
第6章 元器件与电路板的接合
第7章 封胶材料与技术
第8章 陶瓷封装
第9章 塑料封装
在基板上制成导线互连结构以组合各种电路元器件， 而成为所谓的混合集成电路封装。
基板材料： 氧化铝、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铍、碳化硅、石英 等均可以作为这两种技术的陶瓷类基板材料 薄膜技术也可以使用硅与砷化镓晶圆片作基板材料
2019/6/25
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3.1 厚膜技术
厚膜混合电路的工艺简述： 用丝网印刷方法把导体浆料、电阻浆料和绝缘材料(介 质或介电材料)浆料等转移到基板上来制造的。印刷的 膜经过烘干以去除挥发性的成分，然后暴露在较高的 温度下烧结以活化粘接机构，完成膜与基板的粘接。
（1）烧结玻璃材料：使用玻璃或釉料(非晶玻璃)的膜
粘接机理：化学键合和物理键合。总的粘接结果是这两 种因素的叠加，物理键合比化学键合在承受热循环或热 储存时更易退化，通常在应力作用下首先发生断裂。
基体作用：使有效物质悬浮，并保持彼此接触，有利于 烧结并为膜的一端到另一端提供了一连串的三维连续通 路。主要的厚膜玻璃是基于B2O3-SiO2网络形成体。
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。 但烧结温度较高，一般在950～1000℃下烧结， 加速了厚膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
（3）混合粘接系统：利用反应的氧化物和玻璃材料。
粘接机理：氧化物一般为ZnO或CaO，在低温下发 生反应，但是不如铜那样强烈。再加入比在玻璃料 中浓度要低些的玻璃以增加附着力。
厚膜技术与薄膜技术
厚膜技术与薄膜技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊厚膜技术和薄膜技术。
你说这厚膜技术啊，就像是个敦实的大力士！它特别皮实，能扛得住各种环境的折腾。
厚膜技术做出来的东西，那可真是扎实可靠，就好像是家里那用了好多年还特别顺手的老物件。
它在电子领域那可是立下了汗马功劳，很多重要的电子器件里都有它的身影呢。
再看看薄膜技术，哎呀呀，这可真是个精细的小精灵！它能把各种材料弄得薄薄的，就跟那薄如蝉翼似的。
薄膜技术做出来的玩意儿那叫一个精致，就好比是一件精美的艺术品。
它在一些对精度要求特别高的地方可就大显身手啦，比如说那些高科技的电子产品，没有薄膜技术还真不行。
你想想看，要是没有厚膜技术，那些大型的电子设备还不得摇摇晃晃，随时可能出问题呀！而要是没有薄膜技术，那些小巧玲珑的高科技玩意儿怎么能做得那么精致，让我们爱不释手呢？厚膜技术就像是一个默默奉献的老黄牛，虽然不起眼，但是没它真不行。
它能让电子设备稳定运行，给我们提供可靠的服务。
薄膜技术呢，则像是一个时尚的弄潮儿，总是走在科技的前沿，给我们带来惊喜。
比如说在太阳能领域，厚膜技术可以让太阳能板更坚固耐用，而薄膜技术能让太阳能板更高效地吸收阳光。
这不就是完美的组合嘛！它们俩就像是一对好搭档，相互配合，共同为我们的生活带来便利和进步。
在医疗领域，厚膜技术能让医疗设备更稳定可靠，保障病人的安全。
薄膜技术呢，则能让一些检测仪器更加灵敏准确，帮助医生更好地诊断病情。
这多重要啊，是不是？所以说啊，厚膜技术和薄膜技术都是我们生活中不可或缺的好帮手。
它们各有各的优点，各有各的用处。
我们可不能小瞧了它们，要好好珍惜它们给我们带来的便利和好处。
它们就像是我们生活中的宝藏，等待着我们去发现和利用。
你说对不对呢？总之，厚膜技术和薄膜技术都是非常了不起的技术，它们在不同的领域发挥着重要的作用，让我们的生活变得更加美好。
让我们为它们点赞，为科技的进步加油！。
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天津工业大学
主讲人：张建新 主楼 A415
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课程概况
第1章 集成电路芯片封装概述
第2章 封装工艺流程
第3章 厚膜与薄膜技术
第4章 焊接材料
第5章 印制电路板
第6章 元器件与电路板的接合
第7章 封胶材料与技术
第8章 陶瓷封装
第9章 塑料封装
第10章 气密性封装
基板材料： 氧化铝、玻璃陶瓷、氮化铝、氧化铍、碳化硅、石英 等均可以作为这两种技术的陶瓷类基板材料 薄膜技术也可以使用硅与砷化镓晶圆片作基板材料
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3.1 厚膜技术
厚膜混合电路的工艺简述： 用丝网印刷方法把导体浆料、电阻浆料和绝缘材料(介 质或介电材料)浆料等转移到基板上来制造的。印刷的 膜经过烘干以去除挥发性的成分，然后暴露在较高的 温度下烧结以活化粘接机构，完成膜与基板的粘接。
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汽车点火器用厚膜电路
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导体浆料
厚膜浆料通常都有的两个共性：
绝缘材料浆料
适于丝网印制的具有非 牛顿流变能力的粘性流体；
由两种不同的多组分相组成： 一个是功能相，提供最终 膜的电学和力学性能； 另一个是载体相，提供合 适的流变能力。
电层制作步骤
特点：与玻璃料相比，这一类浆料改善了粘接性。 但烧结温度较高，一般在950～1000℃下烧结， 加速了厚膜烧结炉的损耗，炉体维护频率高。
（3）混合粘接系统：利用反应的氧化物和玻璃材料。
粘接机理：氧化物一般为ZnO或CaO，在低温下发 生反应，但是不如铜那样强烈。再加入比在玻璃料 中浓度要低些的玻璃以增加附着力。
微晶玻璃（玻璃陶瓷）与金属的混合物，通常在850～1000℃ 烧结。是目前陶瓷类基板上最常用的基本厚膜材料
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金属陶瓷厚膜浆料的四种主要成分及作用：
有效物质：决定烧结膜的电性能而确立膜的功能；
粘接成分：提供与基板的粘接以及使有效物质颗粒保 持悬浮状态的基体；
运载剂
有机粘接剂：使有效物质和粘贴成分保持悬浮态直到 膜烧成，并提供丝网印制的合适流动性能；
第11章 封装可靠性工程
第12章 封装过程中的缺陷分析
第13章 先进封装技术
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简介
技术特征： 厚膜（Thick Film）技术：网印、干燥与烧结等方法 薄膜（Thin Film）技术：镀膜、光刻与刻蚀等方法
用途： 制作电阻、电容、电感等集成电路中的无源器件。
在基板上制成导线互连结构以组合各种电路元器件， 而成为所谓的混合集成电路封装。
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3.1.5 厚膜浆料的制备 制备的总体要求：要以合适的比例将厚膜浆料的各种成分 混合在一起，然后在三锟轧机中轧制足够的时间以确保它 们彻底地混合，而没有任何结块存在。 制备的主要步骤：粉体原料加工、浆料配制、浆料轧制 粉体原料加工 金粉体：通过从化学溶剂中沉淀出来 玻璃粉体：通过熔融的玻璃淬火，然后球磨得到 球磨机可减小玻璃料和其它脆性材料的颗粒尺寸 一般装载量为整个容积的50％,其余为球磨介质 球磨机以大约60％的临界速率旋转
原料形式：预反应颗粒形式、玻璃形成体形式
特点：具有较低的熔点（500～600℃），但在制作导 体厚膜时，导体材料在其表面上呈玻璃相，使得后续元 器件组装工艺更为困难。
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（2）金属氧化物材料：一种纯金属例如Cu、Cd与浆料 的混合物
粘贴机理：纯金属在基板表面与氧原子反应形成氧 化物，金属与其氧化物粘接并通过烧结而结合在一 起。属于氧化物键合或分子键合。
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临界速率 57.8 (r/min)
R
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浆料配制
一般综合考虑颗粒的比表面积、混合比例和纯度
大的表面与体积比可以提供大的表面自由能，以促进烧 结反应（熔化时有较高的放热反应）和降低烧结温度
溶剂或稀释剂：决定运载剂的粘度。
3.1.1 有效物质
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质量要求：有效物质通常制成粉末形状，其颗粒结构
形状和颗粒的形貌对达到所需要的电性能是非常关键
的，必须严格控制颗粒的形状、尺寸和粒径分布以及
保证烧结膜性能的一致性。
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3.1.2 粘贴成分
主要有两类物质：玻璃和金属氧化物，它们可以单独使用 或者一起使用。
特点：结合了前两种技术的优点，并可在较低的温 度下烧结。
9
3.1.3 有机粘贴剂 有机粘接剂通常是一种触变的流体，不具备挥发能力
空气气氛中的烧结：粘接剂在烧结过程中必须完全氧 化（约350℃开始烧尽），而不能有任何污染膜的残 留碳存在。典型材料是乙基纤维素和各种丙稀酸树脂
惰性气氛中的烧结：烧结的气氛只含有百万分之几的 氧，有机粘贴剂必须发生分解和热解聚，产生具有高 度挥发性的小分子有机物，再以蒸汽形式被惰性气体 带离系统。主要用于制备易受氧化危害的导体膜层的 制备，如Cu、Mo膜。
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3.1.4 溶剂或稀释剂 性能要求： 能够均匀溶解难挥发的有机粘贴剂和添加剂
在室温下有较低的蒸气压以避免浆料干燥，维持印 刷过程中的恒定粘度
在大约100℃以上能迅速蒸发。
典型材料：萜品醇、丁醇和某些络合的乙醇
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添加剂：在溶剂中加入能够改变浆料触变性能的增塑 剂、表面活性剂和某些试剂，以改善浆料的有益特性 和印刷性能。
（1）烧结玻璃材料：使用玻璃或釉料(非晶玻璃)的膜
粘接机理：化学键合和物理键合。总的粘接结果是这两 种因素的叠加，物理键合比化学键合在承受热循环或热 储存时更易退化，通常在应力作用下首先发生断裂。
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基体作用：使有效物质悬浮，并保持彼此接触，有利于 烧结并为膜的一端到另一端提供了一连串的三维连续通 路。主要的厚膜玻璃是基于B2O3-SiO2网络形成体。
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厚膜浆料的基本分类：
聚合物厚膜
包含导体、电阻或
绝缘颗粒的聚合物
材料的混合物，在
85～300℃温度区
间固化。较常用在
有机基板材料上。
难熔材料厚膜
是一种特殊的金属陶瓷厚膜材料，在1500～1600℃还原气氛下 烧结，是唯一能适合高温共烧陶瓷互连基板的基本金属化材料
金属陶瓷厚膜（本章主要讲解）