第3章 厚膜与薄膜技术
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薄膜材料与薄膜技术答案
薄膜材料与薄膜技术答案薄膜材料与薄膜技术(答案)第一章真空技术基础1、膜的定义及分类。
答：当固体或液体的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度时，我们将这样的固体或液体称为膜。
通常，膜可分为两类：（1）厚度大于1mm的膜，称为厚膜；（2）厚度小于1mm的膜，称为薄膜。
2、人类所接触的真空大体上可分为哪两种？答：（1）宇宙空间所存在的真空，称之为“自然真空”；（2）人们用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空，称之为“人为真空”。
3、何为真空、绝对真空及相对真空？答：不论哪一种类型上的真空，只要在给定空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，均称之为真空。
完全没有气体的空间状态称为绝对真空。
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强下，每立方厘米体积中仍有几百个气体分子。
因此，平时我们所说的真空均指相对真空状态。
4、毫米汞柱和托？答：“毫米汞柱（mmHg）”是人类使用最早、最广泛的压强单位，它是通过直接度量长度来获得真空的大小。
1958 年，为了纪念托里拆利，用“托（Torr）”，代替了毫米汞柱。
1 托就是指在标准状态下，1 毫米汞柱对单位面积上的压力，表示为1Torr=1mmHg。
5、真空区域是如何划分的？答：为了研究真空和实际使用方便，常常根据各压强范围内不同的物理特点，把真空划分为以下几个区域：（1）粗真空：l´105 ~ l´102 Pa，（2）低真空：l´102 ~ 1´10-1Pa，（3）高真空：l´10-1 ~ 1´10-6Pa和（4）超高真空：< 1´10-6Pa。
6、真空各区域的气体分子运动规律。
答：（1）粗真空下，气态空间近似为大气状态，分子仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁；（2）低真空是气体分子的流动逐渐从黏滞流状态向分子状态过渡，气体分子间和分子与器壁间的碰撞次数差不多；（3）高真空时，气体分子的流动已为分子流，气体分子与容器壁之间的碰撞为主，而且碰撞次数大大减少，在高真空下蒸发的材料，其粒子将沿直线飞行；（4）在超高真空时，气体的分子数目更少，几乎不存在分子间的碰撞，分子与器壁的碰撞机会也更少了。
薄膜与厚膜技术介绍与对比
薄膜与厚膜技术介绍与对比薄膜与厚膜技术相对于三维块体材料，所谓膜，因其厚度及尺寸比较小，一般来说可以看做是物质的二维形态。
利用轧制、捶打、碾压等制作方法的为厚膜，厚膜（自立膜）不需要基体、可独立成立；由膜的构成物堆积而成的为薄膜，薄膜（包覆膜）只能依附在基体之上。
膜的主要功能分为三种：电气连接、元件搭载、表面改性。
1.电气连接。
电路板及膜与基板互为一体，元器件搭载在基板上达到与导体端子相互连接。
2.元件搭载。
不论采用引线键合还是倒装片方式，芯片装载在封装基板上需要焊接盘。
而元器件搭载在基板上，不论采用DIP还是SMT方式都依赖导体端子，其中焊接盘和导体端子都是膜电路重要的部分。
3.表面改性。
通过膜的使用可以使材料在某些性能上得到改性，如增加材料的耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性等等。
薄膜技术介绍一、薄膜材料1.导体薄膜主要用于形成电路图形，为半导体芯片、元件、电阻、电容等电路搭载部件提供金属化及相互引线。
值得注意的是，成膜后造成膜异常的原因包括：严重的热适配导致应力过剩，膜层的剥离导致电路断线；物质物理性质的原因，如热扩散、电迁移、反应扩散等。
2.介质薄膜因其优良的电学性、机械电性及光学电性在电子元器件、光学器件、机械器件等领域具有较大应用。
其成膜方法有MO、CVD、射频磁控溅射、粒子束溅射等。
3.电阻薄膜常用的制作方法有真空蒸镀、溅射镀膜、电镀、热分解等。
4.功能薄膜在传感器、太阳能电池、光集成电路、显示器、电子元器件等领域具有广泛的应用。
二、成膜方法1.干膜。
真空蒸镀原理为镀料在真空中加热、蒸发，蒸汽析出的原子及原子团在基板上形成薄膜；溅射镀膜原理为将放电气体导入真空，通过离子体中产生的正离子的加速轰击，使原子沉积在基板上；CVD指气态原料在化学反应下形成固体薄膜在基板上形成沉积的过程。
2.湿膜。
依据电场反应，金属可在金属盐溶液中析出成膜。
其中，电镀的还原能量由外部电源提供；化学镀利用添加还原剂的方法，促成分解成膜。
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。
厚薄膜技术
第三章 厚、薄膜工艺技术
厚膜薄膜技术的区别
相对于三维块体材料，从一般意义上讲，所谓膜，由 于其厚度尺寸小，可以看着是物质的二维形态。在膜 中又有薄膜和厚膜之分。
按膜厚的经典分类认为，小于1μm的为薄膜，大于1μm 的为厚膜。
另一种认为，厚膜与薄膜的概念并不单指膜的厚度， 而主要是还是指制造工艺技术的不同。厚膜是通过丝 网印刷（或喷涂）和烧结（聚合）的方法，而薄膜是 通过真空蒸发、溅散、气相化学淀积、电镀等方法而 形成。
印刷多层法
它是在生的氧化铝陶瓷基板上 印刷和干燥Mo、W等导体层，然 后再其上印刷和干燥与基板成分 相同的Al2O3介质浆料，反复进行 这种工序到所需层数，再将这种 基板在1500-1700的还原气氛中烧 成，基板烧成后，在导体部分镀 镍、金以形成焊区，焊接外接元 件。
பைடு நூலகம்
生板（片）叠层法
它是在冲好通孔的氧化铝生片上印刷Mo、W等导体 ，然后将这种印好导体图形的生片合叠到所需层数， 在一定的压力和温度下压紧，再放到1500-1700℃的还 原气氛中烧结成一个坚固的整体。
（3） 厚膜浆料的烧结
在干燥以后，零件被放在带式炉的传送带上，与干燥 的工作曲线一样，每一种浆料的制造商都为他们的产 品设计了精确的曲线，应该向他们咨询最新的信息。
厚膜的烧结炉必须能够具备以下几点： （1）清洁的烧结炉环境； （2）一个均匀可控的温度工作曲线； （3）均匀可控的气氛。
厚膜材料
多层陶瓷基板
所谓多层陶瓷基板，就是呈多层结构，它是用来作多层 布线用的。目前用的最多的主要是氧化铝多层陶瓷基 板。多层化的方法有三种：
厚膜多层法—用烧成的Al2O3板 印刷多层法—用未烧成（生）的基板 生板（片）叠层法—用生板（带有通孔）
厚膜薄膜技术的区别
相对于三维块体材料，从一般意义上讲，所谓膜，由 于其厚度尺寸小，可以看着是物质的二维形态。在膜 中又有薄膜和厚膜之分。
按膜厚的经典分类认为，小于1μm的为薄膜，大于1μm 的为厚膜。
另一种认为，厚膜与薄膜的概念并不单指膜的厚度， 而主要是还是指制造工艺技术的不同。厚膜是通过丝 网印刷（或喷涂）和烧结（聚合）的方法，而薄膜是 通过真空蒸发、溅散、气相化学淀积、电镀等方法而 形成。
印刷多层法
它是在生的氧化铝陶瓷基板上 印刷和干燥Mo、W等导体层，然 后再其上印刷和干燥与基板成分 相同的Al2O3介质浆料，反复进行 这种工序到所需层数，再将这种 基板在1500-1700的还原气氛中烧 成，基板烧成后，在导体部分镀 镍、金以形成焊区，焊接外接元 件。
பைடு நூலகம்
生板（片）叠层法
它是在冲好通孔的氧化铝生片上印刷Mo、W等导体 ，然后将这种印好导体图形的生片合叠到所需层数， 在一定的压力和温度下压紧，再放到1500-1700℃的还 原气氛中烧结成一个坚固的整体。
（3） 厚膜浆料的烧结
在干燥以后，零件被放在带式炉的传送带上，与干燥 的工作曲线一样，每一种浆料的制造商都为他们的产 品设计了精确的曲线，应该向他们咨询最新的信息。
厚膜的烧结炉必须能够具备以下几点： （1）清洁的烧结炉环境； （2）一个均匀可控的温度工作曲线； （3）均匀可控的气氛。
厚膜材料
多层陶瓷基板
所谓多层陶瓷基板，就是呈多层结构，它是用来作多层 布线用的。目前用的最多的主要是氧化铝多层陶瓷基 板。多层化的方法有三种：
厚膜多层法—用烧成的Al2O3板 印刷多层法—用未烧成（生）的基板 生板（片）叠层法—用生板（带有通孔）
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。
薄厚膜技术
➢薄膜技术
薄膜技术是一种减法技术，在整个基板上覆几层金属
膜，一些不需要的部分被光刻掉。用光刻工艺形成的 图形比厚膜工艺能够形成的线条更窄、边缘更清晰。 这个特性促进了薄膜技术在高密度和高频领域的应用 薄膜技术利用热蒸镀、电子束蒸镀、溅镀、化学气相 沉积等薄膜镀着技术配合微影成像与蚀刻等技术在基 板上制成导线电路与各种电阻、电容等元件。
➢厚膜技术
厚膜技术是采用丝网印刷和烧结等工艺，将传统无
源元件（电阻、电容）及导线电路形成于散热良好 的陶瓷绝缘基板表面。 厚膜技术的基本内容是印刷和烧结。 网印是使用刮刀将导体浆料、电阻浆料和介质浆料 等刷过镂刻有电路图形的网板或金属板，以在陶瓷 基板表面形成所需的电路、电阻、电容图形，再经 过烧结或聚合完成膜与基板的粘接。 烧结技术也包括陶瓷基板的制作。
✓ 电容材料 氧化钽（Ta2O5）、氮化硅（Si3N4）
✓ 绝缘层材料 氧化硅、聚亚醯胺
光刻
在光刻工艺中，基板上涂一层光敏材料，紫外线透过在玻璃 上形成的图案对光敏材料进行曝光。不需要的材料，即没有 被光刻胶保护的部分，可以通过“湿法”（化学）刻蚀来去 除，也可以通过“干法”（溅散）刻蚀去除。
化学刻蚀仍然是薄膜刻蚀的最常用的方法，但许多制造商 用采用溅射刻蚀。在这项技术中，基板覆盖上光刻胶，与化 学刻蚀完全一样的方法露出图形。接着将基板放置于等离子 体内，加上电位。实际上，在溅散刻蚀过程中基板起靶的作 用，气体离子轰击薄膜的暴露部分除去不需要的材料。光刻 胶膜比溅散的薄膜厚很多，故它是不受影响的。
先用丝绸、尼龙或不锈钢丝编织成的网绷紧在框架上 ，再将刻有导体或电阻图形的有机膜或金属箔（称掩模 ）贴到丝网上。
印刷时，将基板放在丝网下面，而将浆料放在丝网上 面，然后用橡胶或塑料制成的刮板以一定的速度和压力 在丝网上移动，使它通过掩模上的开孔图形而漏印到基 板上，于是在基板上便得到该浆料印出的所需图形。
薄膜技术第三章：薄膜的形成结构和缺陷全文
薄膜形成过程：
类液相
气相
小于临界核尺
寸的原子团
（表面相）
大于临界核尺
寸的原子团
（固相）
3-2 核形成与生长
☞临界核热力学描述
在液体中形成固相核，总自由能变化为：
G GV Gs Gv V S
表面积
表面自由能 单位体积 固相体积
单位表面
自由能
自由能
上式就是相变热力学
的基本公式。
3-3薄膜形成过程与生长模式
☞薄膜形成过程描述:
➢联并阶段
联并过程的动力学关系：
式中， r 是小岛的半径， r‘ 是颈部的曲率半径， D是吸
附原子的扩散系数， 是表面自由能，m 和 k是常数，V是
原子体积，n 是吸附原子在岛上的面密度。
3-3薄膜形成过程与生长模式
☞薄膜形成过程描述:
➢沟道阶段
孤立的岛有变圆的趋势。当岛结合以后，在岛的生
3-2 核形成与生长
☞临界核、稳定核与薄膜形成
a. 在一定条件下系统达到平衡，小原子团的数目不变。在基
片上不能形成稳定的薄膜（淀积一停止，它们将消失）。
b. 要形成稳定薄膜，必须在薄膜表面形成稳定核，即稳定核
一旦产生，一般来说就不在分解。
稳定核大小不一，所含原子数目各有不同；其中必然
有最小稳定核。
➢吸附原子的捕获面积 SΣ
讨论：
当
时，每个吸附原子的捕获面积内只有一个原
子，故不能形成原子对，也不能产生凝结。
当
时，发生部分凝结。平均每个吸附原子的
捕获面积内有一个或两个吸附原子，可形成原子对或
三原子团。在滞留时间内，一部分吸附原子有可能重
新蒸发掉。
当
类液相
气相
小于临界核尺
寸的原子团
（表面相）
大于临界核尺
寸的原子团
（固相）
3-2 核形成与生长
☞临界核热力学描述
在液体中形成固相核，总自由能变化为：
G GV Gs Gv V S
表面积
表面自由能 单位体积 固相体积
单位表面
自由能
自由能
上式就是相变热力学
的基本公式。
3-3薄膜形成过程与生长模式
☞薄膜形成过程描述:
➢联并阶段
联并过程的动力学关系：
式中， r 是小岛的半径， r‘ 是颈部的曲率半径， D是吸
附原子的扩散系数， 是表面自由能，m 和 k是常数，V是
原子体积，n 是吸附原子在岛上的面密度。
3-3薄膜形成过程与生长模式
☞薄膜形成过程描述:
➢沟道阶段
孤立的岛有变圆的趋势。当岛结合以后，在岛的生
3-2 核形成与生长
☞临界核、稳定核与薄膜形成
a. 在一定条件下系统达到平衡，小原子团的数目不变。在基
片上不能形成稳定的薄膜（淀积一停止，它们将消失）。
b. 要形成稳定薄膜，必须在薄膜表面形成稳定核，即稳定核
一旦产生，一般来说就不在分解。
稳定核大小不一，所含原子数目各有不同；其中必然
有最小稳定核。
➢吸附原子的捕获面积 SΣ
讨论：
当
时，每个吸附原子的捕获面积内只有一个原
子，故不能形成原子对，也不能产生凝结。
当
时，发生部分凝结。平均每个吸附原子的
捕获面积内有一个或两个吸附原子，可形成原子对或
三原子团。在滞留时间内，一部分吸附原子有可能重
新蒸发掉。
当
第3章厚膜与薄膜技术资料
半导体集成电路封装技术
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
3
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。
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
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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。
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2011-10-10 15
粘度 参数意义：流体流动趋势的度量，是该流体的剪切 速率与剪应力之比。一般的厚膜浆料粘度用厘泊 (cP) 或帕秒(Pa·s) 表示，1Pa·s=0.001cP 测量方法：在实验条件下，浆料的粘度可以用锥板或纺锥粘度计测量。纺锥法的读数更具有一致性， 因为边界条件（浆料的体积和温度等）控制的更严 格，在研发单位或制造厂最常用。
2011-10-10
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厚膜导体材料有三种基本类型： 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。 可氮气烧结：材料包括铜、镍、铝，其中最常用的是铜 必须还原气氛烧结：难熔材料钼、锰和钨在由氮、氢混 合的还原性气氛中烧结 3.2.1 金导体 金在厚膜电路中有着不同的需要，最常用于需要高可靠性、 高速度的场合。
2011-10-10 10
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 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。
2011-10-10 3
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。
2011-10-10
汽车点火器用厚膜电路
2011-10-10 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。
2011-10-10
20
金厚膜组装工艺中可靠性的考虑： 避免金厚膜与含锡焊料直接焊接 金易与锡合金化并熔入到含锡的焊料； 金和锡也能形成具有很高电阻率的脆性金属间化合 物； 金必须与铂或钯合金化以减少金的熔入与金属间化 合物的形成。 避免金厚膜与铝引线直接键合 铝能扩散到金厚膜中，且扩散速率随着温度而迅速 增加； 金与铝也会形成金属间化合物； 加入钯与金合金化，可以明显地降低铝的扩散速率 与金属间化合物的形成，改善铝丝键合的可靠性。
2011-10-10
16
在理想的或“牛顿”流体中，并不适合于丝网印刷， 因为在重力作用下总会存在某种程度的流动。 适合丝网印刷的流体特性： 流体必须有一个屈服点，即产生流动所需的最 小压力，这个压力必须显著地高于重力。 流体应该具有 某种触变性。 流体应该具有某种 程度的滞后作用， 使得在给定压力下 的粘度取决于压力 是否增加或降低。
2011-10-10 17
丝印中的粘度控制： 印刷时，刮板的速率必须足够缓慢使得浆料的 粘度降低到印刷效果最佳的程度。 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，则浆料由于温度的升 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： 加入适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆 料罐已开启多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，需要加入更多的 不挥发性的载体，然后重新对浆料进行轧制。
2011-10-10 13
3.1.6 厚膜浆料的参数 可以用三个主要的参数表征厚膜浆料：粒度、固体 粉末百分比含量、粘度。 粒度 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
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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 400 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量 样品。 参数控制的意义：实现可印制性与烧成膜的密度之 间的最佳平衡。 含量太高，浆料就没有很好的流动性来保证印 刷质量。 含量太低，则浆料会印刷得很好，但烧成的图 形可能是多孔的或清晰度差。
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3.2.4 难熔金属材料 一般为钨、钼和钛，也可以各种不同的结合方式彼此合金 化。这些材料被设计成在高达1600℃的高温与陶瓷基板共 烧，然后镀镍、镀金以便芯片安/Au Pt/Au Ag Pd/Ag Pt/Ag Pt/Pd/Ag
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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
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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。 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。 特点：结合了前两种技术的优点，并可在较低的温 度下烧结。
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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。 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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3.1.2 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。 （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。 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。
半导体集成电路封装技术
天津工业大学 主讲人： 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 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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运载剂
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； 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； 溶剂或稀释剂：决定运载剂的粘度。 3.1.1 有效物质 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 7 保证烧结膜性能的一致性。
3.2.3 铜导体 铜厚膜的优点：(对功率混合电路具有极大的吸引力) 可作为金的低成本代替物 可焊性：使功率器件直接焊接到金属化层上而传热更好 耐熔入性：可与含锡焊料直接接触 低电阻：使铜印制线能承载较高的电流，而电压降较小 铜厚膜存在的问题：(主要源于必须使用惰性气氛烧结) 对氮气氛的要求高（氧含量小于百万分之十），不利于 从少量研制推广到大批量生产，需定制专门的烧结炉。 由于介电材料往往需要很大的印刷面积，在这些材料用 于制造多层电路时，去除有机材料的问题更为突出。 很多电阻材料，特别是在高阻范围，并没有被证明在低 于980℃以下烧结时与在空气烧结的电阻一样稳定。
临界速率 =
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57.8 R
(r/min)
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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 选择适当比例的玻璃/金混合物，以确保在整个烧结温度 和冷却周期中，其化学和热膨胀性能与所用基板相兼容 用少量的其它金属或氧化物与玻璃/金混合以改善力学或 电性能 浆料轧制 目的：利用三锟轧膜机 最大限度地将浆料组分 弥散和去除夹带的气体 三锟轧膜机的原理：基于处在反向旋转的轧锟间隙的流 体所受到的很高的剪切力，使微小颗粒弥散得更充分
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导体浆料
绝缘材料浆料
厚膜浆料通常都有的两个共性： 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。
粘度 参数意义：流体流动趋势的度量，是该流体的剪切 速率与剪应力之比。一般的厚膜浆料粘度用厘泊 (cP) 或帕秒(Pa·s) 表示，1Pa·s=0.001cP 测量方法：在实验条件下，浆料的粘度可以用锥板或纺锥粘度计测量。纺锥法的读数更具有一致性， 因为边界条件（浆料的体积和温度等）控制的更严 格，在研发单位或制造厂最常用。
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厚膜导体材料有三种基本类型： 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。 可氮气烧结：材料包括铜、镍、铝，其中最常用的是铜 必须还原气氛烧结：难熔材料钼、锰和钨在由氮、氢混 合的还原性气氛中烧结 3.2.1 金导体 金在厚膜电路中有着不同的需要，最常用于需要高可靠性、 高速度的场合。
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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 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。
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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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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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金厚膜组装工艺中可靠性的考虑： 避免金厚膜与含锡焊料直接焊接 金易与锡合金化并熔入到含锡的焊料； 金和锡也能形成具有很高电阻率的脆性金属间化合 物； 金必须与铂或钯合金化以减少金的熔入与金属间化 合物的形成。 避免金厚膜与铝引线直接键合 铝能扩散到金厚膜中，且扩散速率随着温度而迅速 增加； 金与铝也会形成金属间化合物； 加入钯与金合金化，可以明显地降低铝的扩散速率 与金属间化合物的形成，改善铝丝键合的可靠性。
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在理想的或“牛顿”流体中，并不适合于丝网印刷， 因为在重力作用下总会存在某种程度的流动。 适合丝网印刷的流体特性： 流体必须有一个屈服点，即产生流动所需的最 小压力，这个压力必须显著地高于重力。 流体应该具有 某种触变性。 流体应该具有某种 程度的滞后作用， 使得在给定压力下 的粘度取决于压力 是否增加或降低。
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丝印中的粘度控制： 印刷时，刮板的速率必须足够缓慢使得浆料的 粘度降低到印刷效果最佳的程度。 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，则浆料由于温度的升 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： 加入适当的溶剂可以很容易的降低粘度，当浆 料罐已开启多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，需要加入更多的 不挥发性的载体，然后重新对浆料进行轧制。
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3.1.6 厚膜浆料的参数 可以用三个主要的参数表征厚膜浆料：粒度、固体 粉末百分比含量、粘度。 粒度 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
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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 400 400℃的炉子里直到所有的有机物烧尽，重新称量 样品。 参数控制的意义：实现可印制性与烧成膜的密度之 间的最佳平衡。 含量太高，浆料就没有很好的流动性来保证印 刷质量。 含量太低，则浆料会印刷得很好，但烧成的图 形可能是多孔的或清晰度差。
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3.2.4 难熔金属材料 一般为钨、钼和钛，也可以各种不同的结合方式彼此合金 化。这些材料被设计成在高达1600℃的高温与陶瓷基板共 烧，然后镀镍、镀金以便芯片安/Au Pt/Au Ag Pd/Ag Pt/Ag Pt/Pd/Ag
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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
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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。 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。 特点：结合了前两种技术的优点，并可在较低的温 度下烧结。
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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。 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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3.1.2 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。 （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。 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。
半导体集成电路封装技术
天津工业大学 主讲人： 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 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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运载剂
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； 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； 溶剂或稀释剂：决定运载剂的粘度。 3.1.1 有效物质 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 7 保证烧结膜性能的一致性。
3.2.3 铜导体 铜厚膜的优点：(对功率混合电路具有极大的吸引力) 可作为金的低成本代替物 可焊性：使功率器件直接焊接到金属化层上而传热更好 耐熔入性：可与含锡焊料直接接触 低电阻：使铜印制线能承载较高的电流，而电压降较小 铜厚膜存在的问题：(主要源于必须使用惰性气氛烧结) 对氮气氛的要求高（氧含量小于百万分之十），不利于 从少量研制推广到大批量生产，需定制专门的烧结炉。 由于介电材料往往需要很大的印刷面积，在这些材料用 于制造多层电路时，去除有机材料的问题更为突出。 很多电阻材料，特别是在高阻范围，并没有被证明在低 于980℃以下烧结时与在空气烧结的电阻一样稳定。
临界速率 =
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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 选择适当比例的玻璃/金混合物，以确保在整个烧结温度 和冷却周期中，其化学和热膨胀性能与所用基板相兼容 用少量的其它金属或氧化物与玻璃/金混合以改善力学或 电性能 浆料轧制 目的：利用三锟轧膜机 最大限度地将浆料组分 弥散和去除夹带的气体 三锟轧膜机的原理：基于处在反向旋转的轧锟间隙的流 体所受到的很高的剪切力，使微小颗粒弥散得更充分
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导体浆料
绝缘材料浆料
厚膜浆料通常都有的两个共性： 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。