薄膜封装结构-电子器件与组件结构设计 ppt课件
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半导体器件物理--薄膜晶体管(TFT) ppt课件
自热应力
BTS(bias temperature stress)：VG=VD=30 V, T=55 oC;
应力作用产生缺陷态，引起C-V曲线漂移. 16 ppt课件
6. p-Si TFF的改性技术 （1）非晶硅薄膜晶化技术-----更低的温度、更大的晶粒, 进一步提高载流子迁移率. （2）除氢技术----改善稳定性. （3）采用高k栅介质----降低阈值电压和工作电压. （4）基于玻璃或塑料基底的低温工艺技术(<350 oC).
对于恒定的VDS,VGS越大,则
沟道中的可动载流子就越多,
沟道电阻就越小,ID就越大.
即栅电压控制漏电流.
对于恒定的VGS,当VDS增大时，沟道厚度从源极到漏极逐渐变 薄, 引起沟道电阻增加,导致IDS增加变缓.当VDS＞VDsat时,漏极 被夹断,而后VDS增大，IDS达到饱和.
8 ppt课件
TFT的工作原理
低载流子 迁移率
稳定性和 可靠性
TFT发展过程中遭遇 的关键技术问题？
低成本、大面 积沉膜
低温高性能半 导体薄膜技术
挑战：在玻璃或塑料基底上生长出单晶半导体薄膜！
5 ppt课件
TFT的种类
按采用半导体材料不同分为： 硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT
无机TFT 化合物:CdS-TFT,CdSe-TFT 氧化物:ZnO-TFT
V
th)V
d
1 2
V
2 d
]
(V d V g V th) …….（3）
当Vd<<Vg时,(3)式简化为I d
W L
Ci (V g V th)V d
在饱和区(Vd>Vg-Vth),将Vd＝Vg-Vth代入(3)式可得：
BTS(bias temperature stress)：VG=VD=30 V, T=55 oC;
应力作用产生缺陷态，引起C-V曲线漂移. 16 ppt课件
6. p-Si TFF的改性技术 （1）非晶硅薄膜晶化技术-----更低的温度、更大的晶粒, 进一步提高载流子迁移率. （2）除氢技术----改善稳定性. （3）采用高k栅介质----降低阈值电压和工作电压. （4）基于玻璃或塑料基底的低温工艺技术(<350 oC).
对于恒定的VDS,VGS越大,则
沟道中的可动载流子就越多,
沟道电阻就越小,ID就越大.
即栅电压控制漏电流.
对于恒定的VGS,当VDS增大时，沟道厚度从源极到漏极逐渐变 薄, 引起沟道电阻增加,导致IDS增加变缓.当VDS＞VDsat时,漏极 被夹断,而后VDS增大，IDS达到饱和.
8 ppt课件
TFT的工作原理
低载流子 迁移率
稳定性和 可靠性
TFT发展过程中遭遇 的关键技术问题？
低成本、大面 积沉膜
低温高性能半 导体薄膜技术
挑战：在玻璃或塑料基底上生长出单晶半导体薄膜！
5 ppt课件
TFT的种类
按采用半导体材料不同分为： 硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT
无机TFT 化合物:CdS-TFT,CdSe-TFT 氧化物:ZnO-TFT
V
th)V
d
1 2
V
2 d
]
(V d V g V th) …….（3）
当Vd<<Vg时,(3)式简化为I d
W L
Ci (V g V th)V d
在饱和区(Vd>Vg-Vth),将Vd＝Vg-Vth代入(3)式可得：
薄膜封装结构-电子器件与组件结构设计 ppt课件
ppt课件
34
离子镀的优点1
离子镀的主要优点在于它所制备的薄膜结构致密，且 薄膜与衬底之间具有良好的附着力 离子镀具有上述优点的原因在于:
在薄膜沉积前及沉积的同时,用离子轰击衬底和薄膜表 面，可在薄膜与衬底之间形成粗糙、洁净的界面；形 成均匀致密的薄膜结构。其作用与偏压溅射的作用相 类似
ppt课件
高电导率 与半导体接触部分能形成欧姆接触 对电路元件不产生有害影响 高热导率 良好的高温性能 大附着力 易于成膜和图形化 可进行Au丝、Al丝引线键合及焊接
ppt课件
9
薄膜材料
电阻薄膜：电阻率100～2000µ Ω•cm
金属类：Ta、W、Cr、Ti、Ge、Re 合金类：Ta-Au、Cr-Ti、Ni-Co、Pd-Ag、 Ni-Cr-Al-Cu 陶瓷类:
ppt课件
11
薄膜置备方法
气相沉积
物理气相沉积：真空蒸发、溅射、离子镀、外延生长 化学气相沉积：传统CVD、激光CVD、光CVD、PECVD
液相沉积
电渡 化学镀 阳极氧化 溶胶-凝胶 丝网印刷
ppt课件
12
薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom 几乎所有的现代薄膜材料都是在真空或是在较低的气 体压力下制备的，都涉及到气相的产生、输运以及气 相反应的过程。
金属陶瓷：Cr-SiO、Cr-MgF2、Au-SiO 非金属陶瓷：Ta2N、(Ti，Al)N、 (Ta，Al)N、 (Ti，Si)N
ppt课件
10
薄膜材料
介质薄膜：主要用于形成电容器和实现绝缘 与表面钝化的作用
表面钝化：SiO2、Si3N4 电容器：SiO2(介电常数＝3.8) Si3N4 (介电常数＝7) Ta2O5 (介电常数＝28) Y2O3 (介电常数＝16)
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离子镀的优点1
离子镀的主要优点在于它所制备的薄膜结构致密，且 薄膜与衬底之间具有良好的附着力 离子镀具有上述优点的原因在于:
在薄膜沉积前及沉积的同时,用离子轰击衬底和薄膜表 面，可在薄膜与衬底之间形成粗糙、洁净的界面；形 成均匀致密的薄膜结构。其作用与偏压溅射的作用相 类似
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高电导率 与半导体接触部分能形成欧姆接触 对电路元件不产生有害影响 高热导率 良好的高温性能 大附着力 易于成膜和图形化 可进行Au丝、Al丝引线键合及焊接
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9
薄膜材料
电阻薄膜：电阻率100～2000µ Ω•cm
金属类：Ta、W、Cr、Ti、Ge、Re 合金类：Ta-Au、Cr-Ti、Ni-Co、Pd-Ag、 Ni-Cr-Al-Cu 陶瓷类:
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11
薄膜置备方法
气相沉积
物理气相沉积：真空蒸发、溅射、离子镀、外延生长 化学气相沉积：传统CVD、激光CVD、光CVD、PECVD
液相沉积
电渡 化学镀 阳极氧化 溶胶-凝胶 丝网印刷
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12
薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom 几乎所有的现代薄膜材料都是在真空或是在较低的气 体压力下制备的，都涉及到气相的产生、输运以及气 相反应的过程。
金属陶瓷：Cr-SiO、Cr-MgF2、Au-SiO 非金属陶瓷：Ta2N、(Ti，Al)N、 (Ta，Al)N、 (Ti，Si)N
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10
薄膜材料
介质薄膜：主要用于形成电容器和实现绝缘 与表面钝化的作用
表面钝化：SiO2、Si3N4 电容器：SiO2(介电常数＝3.8) Si3N4 (介电常数＝7) Ta2O5 (介电常数＝28) Y2O3 (介电常数＝16)
2.薄膜电容器ppt课件
薄膜电容器的基本结构
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12
13
薄膜电容器的主要材料—薄膜介质
材料性能
聚酯PET
聚丙烯PP或 OPP
聚苯硫醚PPS
聚2，6奈乙酯 PEN
聚碳酸酯PC
聚苯乙烯PS
厚度μm
>=0.5
>=3
>=1
>=1
>=1.5
>=4
介电常数
3.0-3.3
2.1-2.2
2.8
3.0-3.3
2.6-3.2
20
6. 阻燃性 除PPS(聚苯硫醚)材料外，目前使用的有机薄膜 电介质不是阻燃材料。 尽管在薄膜电容器外封装中使用了耐火性阻燃 材料--阻燃环氧树脂或阻燃塑壳，但外部的持 续高温或火焰仍可使电容器芯子变形而产生外 封装破裂，导致电>PEN>PET>PP, 箔式>金属化 潮湿 耐湿程度：全密封>半密封>无密封 机械冲击 安装重心（贴片，轴向，径向），引脚形状
1
为了增加电容器的电容量，通常将电极轧 成金属箔，与绝缘介质薄膜一同卷绕成芯 子，以尽量减小体积，这样就形成了薄膜 电容器。 1876年英国D.斐茨杰拉德发明纸介电容器。 这就是薄膜电容器的始祖。
2
3
薄膜电容器由介质、电极、电极过渡、引出线、封装、印章标志等部分组成。 按介质分类：聚酯膜、聚丙烯膜… 按结构分类：卷绕式、叠片式、内串式。 按电极分类：金属箔、金属化（铝金属化、铝锌金属化）、膜箔复合结构。 按电极引出方式分类：径向、轴向。 按封装方式分类：盒式、浸渍型。 按用途分类：通用（直流）、脉冲、抑制电源电磁干扰、精密。
（片状，线状—粗细）
22
《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
《厚膜与薄膜技术》PPT课件
参数意义：浆料内颗粒尺寸分布和弥散的度量
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
2021/5/28
超大规模集成电路硅衬底抛光
14
2021/5/28
固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
2021/5/28
提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
19
2021/5/28
厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
2021/5/28 更为困难。
超大规模集成电路硅衬底抛光
8
2021/5/28
〔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：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 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。
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。
测量工具：细度计
测量结果：能得到颗粒
的最大、最小和平均粒径
2021/5/28
超大规模集成电路硅衬底抛光
14
2021/5/28
固体粉末百分比含量
参数意义：有效物质与粘贴成分的质量与浆料总质量 的比值，一般为85％～92％〔质量百分比〕。
测量方法：取少量浆料样品称重，然后放在大约 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量样 品。
2021/5/28
提供元器件与膜布线之间以及与更高一级组装的电互连。
提供端接区以连接厚膜电阻。
提供多层电路超导大规体模层集成之电间路硅的衬电底连抛光接。
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2021/5/28
厚膜导体材料有三种根本类型：
可空气烧结：由不容易形成氧化物的贵金属制成的，主要 的金属是金和银，它们可以是纯态的，也可与钯或与铂存 在于合金化的形式。
印刷后，必须有足够的时间使浆料粘度增加到接近 静止粘度〔流平〕，如果在流平前把浆料置于烘干 工艺的条件下，那么浆料由于温度的升高而变得稀 薄，印出的图形将会丧失线条的清晰度。
浆料粘度的调节：
参加适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆料罐 已开启屡次或把浆料从丝网返回罐中时，常常需要 这么做。
增加浆料的粘度是很困难的，需要参加更多的不挥
2021/5/28 更为困难。
超大规模集成电路硅衬底抛光
8
2021/5/28
〔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：纯金属在基板外表与氧原子反响形成氧化物， 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。
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。
薄膜材料的组织结构教学课件
结构对其光学性能具有显著影响。
详细描述
高分子薄膜的光学性能主要取决于其分子结构和聚集态 结构。高分子薄膜中的分子排列方式会影响光的吸收、 反射和透射等行为。此外，高分子薄膜的结晶度、取向 和相分离等聚集态结构也会影响其光学性能。因此，通 过控制高分子薄膜的组织结构，可以调节其光学性能， 如透明度、反射率和颜色等。
VS
复合相
复合相是指由两种或多种材料组成的一种 新的相。在薄膜材料中，复合相的形成可 以改善单一材料的性能，实现优异的综合 性能。通过制备具有复合相的薄膜材料， 可以满足各种不同的应用需求，如高强度、 高硬度、耐腐蚀等。
亚稳相与稳定相
亚稳相
亚稳相是指一种不稳定的相，其结构或成分 与稳定相有所不同。在薄膜材料的制备过程 中，亚稳相的形成是常见的现象。亚稳相的 存在可能会导致薄膜材料的性能不稳定，但 有时也可以通过控制亚稳相的形成来优化薄 膜材料的性能。
利用溶质的扩散和反应，在单晶基底 上生长单晶薄膜的方法。
溶胶-凝胶法
通过将前驱物溶液与适当的溶剂混合， 形成溶胶，然后经过凝胶化、干燥、 热处理等过程，制备出氧化物、氮化 物等无机薄膜的方法。
07
薄膜材料的性能测试与表征
光学性能测试
总结词
了解薄膜材料的光学性能是评 估其质量的重要指标。
反射光谱分析
THANKS
感谢观看
稳定性
稳定性是指薄膜材料在各种环境条件下保持其结构和性能的能力。包括温度、湿度、化 学环境等对薄膜材料稳定性的影响。提高稳定性是保证薄膜材料长期可靠性的重要因素。
表面与界面结构对性能的影响
力学性能
表面与界面结构对薄膜材料的力 学性能有显著影响。良好的表面 与界面结构可以提高薄膜材料的
详细描述
高分子薄膜的光学性能主要取决于其分子结构和聚集态 结构。高分子薄膜中的分子排列方式会影响光的吸收、 反射和透射等行为。此外，高分子薄膜的结晶度、取向 和相分离等聚集态结构也会影响其光学性能。因此，通 过控制高分子薄膜的组织结构，可以调节其光学性能， 如透明度、反射率和颜色等。
VS
复合相
复合相是指由两种或多种材料组成的一种 新的相。在薄膜材料中，复合相的形成可 以改善单一材料的性能，实现优异的综合 性能。通过制备具有复合相的薄膜材料， 可以满足各种不同的应用需求，如高强度、 高硬度、耐腐蚀等。
亚稳相与稳定相
亚稳相
亚稳相是指一种不稳定的相，其结构或成分 与稳定相有所不同。在薄膜材料的制备过程 中，亚稳相的形成是常见的现象。亚稳相的 存在可能会导致薄膜材料的性能不稳定，但 有时也可以通过控制亚稳相的形成来优化薄 膜材料的性能。
利用溶质的扩散和反应，在单晶基底 上生长单晶薄膜的方法。
溶胶-凝胶法
通过将前驱物溶液与适当的溶剂混合， 形成溶胶，然后经过凝胶化、干燥、 热处理等过程，制备出氧化物、氮化 物等无机薄膜的方法。
07
薄膜材料的性能测试与表征
光学性能测试
总结词
了解薄膜材料的光学性能是评 估其质量的重要指标。
反射光谱分析
THANKS
感谢观看
稳定性
稳定性是指薄膜材料在各种环境条件下保持其结构和性能的能力。包括温度、湿度、化 学环境等对薄膜材料稳定性的影响。提高稳定性是保证薄膜材料长期可靠性的重要因素。
表面与界面结构对性能的影响
力学性能
表面与界面结构对薄膜材料的力 学性能有显著影响。良好的表面 与界面结构可以提高薄膜材料的
集成电路芯片封装技术之厚膜技术PPT(25张)
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， 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；
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。
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
•
7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
•
8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
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。
厚膜电路特点及应用
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。
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
•
10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
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；
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。
5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。
•
6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。
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7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。
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8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。
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。
厚膜电路特点及应用
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。
•
9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。
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10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。
•
11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。
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20
分子束外延设备的真空系统参数
真空室： 28 英寸H15 英寸 极限真空：< 510-8 Torr 真空泵： 低温冷凝泵（或分子泵）1500L/s 旋片机械泵 12L/s 真空计：电离规2，热偶规2，皮拉尼规2 ，薄膜规1
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21
物理气相沉积
物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD） 是利用某种物理过程 物质的热蒸发或在粒 子轰击下物质表面原子的溅射，不涉及化学反应 过程的，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的 薄膜（及其他材料）制备方法。
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11
薄膜置备方法
气相沉积
物理气相沉积：真空蒸发、溅射、离子镀、外延生长 化学气相沉积：传统CVD、激光CVD、光CVD、PECVD
液相沉积
电渡 化学镀 阳极氧化 溶胶-凝胶 丝网印刷
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12
薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom 几乎所有的现代薄膜材料都是在真空或是在较低的气 体压力下制备的，都涉及到气相的产生、输运以及气 相反应的过程。
-VDC 绝缘
———
辉光放电区
溅射靶
衬底
阳极
溅射气体
真空泵
靶材是要溅射的材料，它作为阴极, 相对于真空室内其他 部分处于负电位。阳极可以是接地的，也可以是浮动的
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28
薄膜溅射法的分类
直流溅射（即二极溅射） 三极、四极溅射 磁控溅射 射频溅射 偏压溅射 反应溅射 中频孪生靶溅射和脉冲溅射
微型反射镜组
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7
微电子技术中的薄膜材料: MOSFET
Interconnect metal Thin gate oxide Polysilicon Thick oxides
N+
Heavily doped region
N+
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P-type Substrate
8
薄膜材料
导体薄膜：一般为金属薄膜，主要用于电气 连接
靶材：可以是纯金属、合金以及各种化合物
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溅射与蒸镀法的原理及特性比较
溅射法 沉积气相的产生过程 1.离子轰击和碰撞动量转移机制 1.原子的热蒸发机制 2.较高的溅射原子能量（230eV） 2.低的原子动能（温度1200K时约为 0.1eV） 3.稍低的沉积速率 3.较高的蒸发速率 4.溅射原子的运动具方向性 4.蒸发原子的运动具方向性 5.可保证合金成分，但有的化合物 5.蒸发时会发生元素的贫化或富集， 有分解倾向 部分化合物有分解倾向 6.靶材纯度随材料种类而变化 6.蒸发源纯度可较高 蒸镀法
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24
薄膜蒸发法的分类
电阻热蒸发
电子束热蒸发
电弧热蒸发
激光束热蒸发 空心阴极热蒸发
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25
蒸发薄膜沉积法的优点与缺点
蒸发法的优点
方法和设备可以相对简单 较高的沉积速度（数十m/小时） 相对较高的真空度和薄膜纯度
蒸发法的缺点
蒸发粒子的能量相对较低
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薄膜制备系统: 金属喷镀仪
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18
金属喷镀仪的真空系统参数
真空室：4.75英寸H4.75英寸
真空泵： 双级旋片机械泵 极限真空度：6×10-2Pa 抽速： 0.5L/s
真空计：皮拉尼电阻真空规 （0.1Pa-大气压）
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19
薄膜制备系统:
分子束外延设备
MBE system for Nitrides (RIBER COMPACT 21)
薄膜封装的功能：
电气连接 元件搭载 表面改性 特殊功能
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3
薄膜材料的应用
耐磨、防腐与装饰涂层 光学涂层 光电薄膜 微电子技术 磁存储技术 微机电系统 ……
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4
耐磨、防腐与装饰涂层
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5
光学涂层材料
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6
微机电系统中的薄膜材料:
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26
溅射法制备薄膜的物理过程
利用带电荷的离子在电场中加速后具有一定动能 的特点，将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电 极（阴极） 入射离子在与靶面原子的碰撞过程中将后者溅射 出来 这些被溅射出来的原子将沿着一定的方向射向衬 底，从而实现物质的沉积
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27
薄膜溅射沉积装置的示意图
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Байду номын сангаас22
化学气相沉积
化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子 间的化学反应，生成薄膜（及其他材料）的技术手 段。
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23
真空蒸发法的特点
蒸发法的显著特点之一是其较高的背底 真空度。在较高的真空度下：
不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长 的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面 上； 且还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯 净度。
高电导率 与半导体接触部分能形成欧姆接触 对电路元件不产生有害影响 高热导率 良好的高温性能 大附着力 易于成膜和图形化 可进行Au丝、Al丝引线键合及焊接
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9
薄膜材料
电阻薄膜：电阻率100～2000µ Ω•cm
金属类：Ta、W、Cr、Ti、Ge、Re 合金类：Ta-Au、Cr-Ti、Ni-Co、Pd-Ag、 Ni-Cr-Al-Cu 陶瓷类:
金属陶瓷：Cr-SiO、Cr-MgF2、Au-SiO 非金属陶瓷：Ta2N、(Ti，Al)N、 (Ta，Al)N、 (Ti，Si)N
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10
薄膜材料
介质薄膜：主要用于形成电容器和实现绝缘 与表面钝化的作用
表面钝化：SiO2、Si3N4 电容器：SiO2(介电常数＝3.8) Si3N4 (介电常数＝7) Ta2O5 (介电常数＝28) Y2O3 (介电常数＝16)
电子器件与组件结构设计
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1
第九章 薄膜封装结构
薄膜封装概念； 薄膜材料 膜集成电路制造工艺
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2
薄膜封装的概念
薄膜定义
利用特殊的技术手段, 人为制得的、其一维尺度显著小于另外两 维尺度的、具有特定性能与用途的材料
按厚度可以分为厚膜与薄膜
厚膜：几微米至几百微米 薄膜：几微米以下
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13
真空基本知识
真空单位
Pa:
Torr:
N/m2 mm· Hg
1Torr = 133Pa
真空度的划分
薄膜技术领域：从10-7Pa到105Pa，覆盖了12个数量级
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14
真空的获得
旋片式机械真空泵
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15
真空的获得
分子泵
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16
真空的获得
低温泵
20
分子束外延设备的真空系统参数
真空室： 28 英寸H15 英寸 极限真空：< 510-8 Torr 真空泵： 低温冷凝泵（或分子泵）1500L/s 旋片机械泵 12L/s 真空计：电离规2，热偶规2，皮拉尼规2 ，薄膜规1
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21
物理气相沉积
物理气相沉积（physical vapor deposition, PVD） 是利用某种物理过程 物质的热蒸发或在粒 子轰击下物质表面原子的溅射，不涉及化学反应 过程的，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的 薄膜（及其他材料）制备方法。
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11
薄膜置备方法
气相沉积
物理气相沉积：真空蒸发、溅射、离子镀、外延生长 化学气相沉积：传统CVD、激光CVD、光CVD、PECVD
液相沉积
电渡 化学镀 阳极氧化 溶胶-凝胶 丝网印刷
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12
薄膜材料与真空技术
薄膜材料的制备过程是: atom by atom 几乎所有的现代薄膜材料都是在真空或是在较低的气 体压力下制备的，都涉及到气相的产生、输运以及气 相反应的过程。
-VDC 绝缘
———
辉光放电区
溅射靶
衬底
阳极
溅射气体
真空泵
靶材是要溅射的材料，它作为阴极, 相对于真空室内其他 部分处于负电位。阳极可以是接地的，也可以是浮动的
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28
薄膜溅射法的分类
直流溅射（即二极溅射） 三极、四极溅射 磁控溅射 射频溅射 偏压溅射 反应溅射 中频孪生靶溅射和脉冲溅射
微型反射镜组
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7
微电子技术中的薄膜材料: MOSFET
Interconnect metal Thin gate oxide Polysilicon Thick oxides
N+
Heavily doped region
N+
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P-type Substrate
8
薄膜材料
导体薄膜：一般为金属薄膜，主要用于电气 连接
靶材：可以是纯金属、合金以及各种化合物
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29
溅射与蒸镀法的原理及特性比较
溅射法 沉积气相的产生过程 1.离子轰击和碰撞动量转移机制 1.原子的热蒸发机制 2.较高的溅射原子能量（230eV） 2.低的原子动能（温度1200K时约为 0.1eV） 3.稍低的沉积速率 3.较高的蒸发速率 4.溅射原子的运动具方向性 4.蒸发原子的运动具方向性 5.可保证合金成分，但有的化合物 5.蒸发时会发生元素的贫化或富集， 有分解倾向 部分化合物有分解倾向 6.靶材纯度随材料种类而变化 6.蒸发源纯度可较高 蒸镀法
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24
薄膜蒸发法的分类
电阻热蒸发
电子束热蒸发
电弧热蒸发
激光束热蒸发 空心阴极热蒸发
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25
蒸发薄膜沉积法的优点与缺点
蒸发法的优点
方法和设备可以相对简单 较高的沉积速度（数十m/小时） 相对较高的真空度和薄膜纯度
蒸发法的缺点
蒸发粒子的能量相对较低
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17
薄膜制备系统: 金属喷镀仪
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18
金属喷镀仪的真空系统参数
真空室：4.75英寸H4.75英寸
真空泵： 双级旋片机械泵 极限真空度：6×10-2Pa 抽速： 0.5L/s
真空计：皮拉尼电阻真空规 （0.1Pa-大气压）
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19
薄膜制备系统:
分子束外延设备
MBE system for Nitrides (RIBER COMPACT 21)
薄膜封装的功能：
电气连接 元件搭载 表面改性 特殊功能
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3
薄膜材料的应用
耐磨、防腐与装饰涂层 光学涂层 光电薄膜 微电子技术 磁存储技术 微机电系统 ……
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4
耐磨、防腐与装饰涂层
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5
光学涂层材料
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6
微机电系统中的薄膜材料:
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溅射法制备薄膜的物理过程
利用带电荷的离子在电场中加速后具有一定动能 的特点，将离子引向欲被溅射的物质制成的靶电 极（阴极） 入射离子在与靶面原子的碰撞过程中将后者溅射 出来 这些被溅射出来的原子将沿着一定的方向射向衬 底，从而实现物质的沉积
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薄膜溅射沉积装置的示意图
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化学气相沉积
化学气相沉积（chemical vapor deposition, CVD）是经由气态的先驱物，通过气相原子、分子 间的化学反应，生成薄膜（及其他材料）的技术手 段。
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真空蒸发法的特点
蒸发法的显著特点之一是其较高的背底 真空度。在较高的真空度下：
不仅蒸发出来的物质原子或分子具有较长 的平均自由程，可以直接沉积到衬底表面 上； 且还可以确保所制备的薄膜具有较高的纯 净度。
高电导率 与半导体接触部分能形成欧姆接触 对电路元件不产生有害影响 高热导率 良好的高温性能 大附着力 易于成膜和图形化 可进行Au丝、Al丝引线键合及焊接
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薄膜材料
电阻薄膜：电阻率100～2000µ Ω•cm
金属类：Ta、W、Cr、Ti、Ge、Re 合金类：Ta-Au、Cr-Ti、Ni-Co、Pd-Ag、 Ni-Cr-Al-Cu 陶瓷类:
金属陶瓷：Cr-SiO、Cr-MgF2、Au-SiO 非金属陶瓷：Ta2N、(Ti，Al)N、 (Ta，Al)N、 (Ti，Si)N
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薄膜材料
介质薄膜：主要用于形成电容器和实现绝缘 与表面钝化的作用
表面钝化：SiO2、Si3N4 电容器：SiO2(介电常数＝3.8) Si3N4 (介电常数＝7) Ta2O5 (介电常数＝28) Y2O3 (介电常数＝16)
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第九章 薄膜封装结构
薄膜封装概念； 薄膜材料 膜集成电路制造工艺
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2
薄膜封装的概念
薄膜定义
利用特殊的技术手段, 人为制得的、其一维尺度显著小于另外两 维尺度的、具有特定性能与用途的材料
按厚度可以分为厚膜与薄膜
厚膜：几微米至几百微米 薄膜：几微米以下
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真空基本知识
真空单位
Pa:
Torr:
N/m2 mm· Hg
1Torr = 133Pa
真空度的划分
薄膜技术领域：从10-7Pa到105Pa，覆盖了12个数量级
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真空的获得
旋片式机械真空泵
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15
真空的获得
分子泵
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真空的获得
低温泵