电子元器件厚膜技术介绍

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厚膜电路(HIC)技术基础知识

厚膜电路(HIC)技术基础知识

厚膜电路(HIC)技术基础知识随着半导体技术、小型电子元器件及印制板组装技术的进步,电子技术在近年来取得了飞速发展。

然而,过多的连线、焊点和接插件严重地阻碍了生产率和可靠性的进一步提高。

此外,工作频率和工作速度的提高进一步缩短信号在系统内部的传输延迟时间。

所以这些都要求从根本上改革电子系统的结构和组装工艺。

从上世纪六十年代开始,厚膜混合集成电路就以其元件参数范围广、精度和稳定度高、电路设计灵活性大、研制生产周期短、适合于多种小批量生产等特点,与半导体集成电路相互补充、相互渗透,业已成为集成电路的一个重要组成部分,广泛应用于电控设备系统中,对电子设备的微型化起到了重要的推动作用。

虽然在数字电路方面,半导体集成电路充分发挥了小型化、高可靠性、适合大批量低成本生产的特点,但是厚膜混合集成电路在许多方面,都保持着优于半导体集成电路的地位和特点:·低噪声电路·高稳定性无源网络·高频线性电路·高精度线性电路·微波电路·高压电路·大功率电路·模数电路混合随着半导体集成电路芯片规模的不断增大,为大规模与厚膜混合集成电路提供了高密度与多功能的外贴元器件。

利用厚膜多层布线技术和先进的组装技术进行混合集成,所制成的多功能大规模混合集成电路即为现在和将来的发展方向。

一块大规模厚膜混合集成电路可以是一个子系统,甚至是一个全系统。

厚膜混合集成电路的工艺过程厚膜混合集成电路通常是运用印刷技术在陶瓷基片上印制图形并经高温烧结形成无源网络。

制造工艺的工序包括:·电路图形的平面化设计:逻辑设计、电路转换、电路分割、布图设计、平面元件设计、分立元件选择、高频下寄生效应的考虑、大功率下热性能的考虑、小信号下噪声的考虑。

·印刷网板的制作:将平面化设计的图形用显影的方法制作在不锈钢或尼龙丝网上。

·电路基片及浆料的选择:制作厚膜混合集成电路通常选择 96% 的氧化铝陶瓷基片(特殊电路可以选择其它基片),浆料一般选择美国杜邦公司、美国电子实验室、日本田中等公司的导带、介质、电阻等浆料。

电子元器件厚膜技术介绍

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。

厚膜电阻工艺

厚膜电阻工艺

厚膜电阻工艺厚膜电阻工艺是一种常见的电子制造工艺,广泛应用于各种电子设备中。

它具有良好的电阻性能和可靠性,被广泛应用于电子产品中的电路板、芯片和传感器等部件。

本文将从厚膜电阻工艺的原理、制备方法、应用领域等方面进行介绍。

一、厚膜电阻工艺的原理厚膜电阻是通过在基板上涂覆一层厚度较大的电阻材料,然后通过烧结或烘干等工艺将电阻材料固定在基板上,形成一定形状和尺寸的电阻体。

电阻材料一般采用金属合金或导电陶瓷材料,通过控制电阻材料的成分和厚度,可以调节电阻的阻值。

二、厚膜电阻的制备方法厚膜电阻的制备方法多种多样,常见的方法包括:印刷法、喷涂法、蒸发法等。

其中,印刷法是最常用的制备方法之一。

印刷法是将电阻材料溶解在有机溶剂中,通过印刷机将溶液印刷到基板上,然后通过烘干和烧结等工艺将电阻材料固定在基板上。

印刷法制备的厚膜电阻具有成本低、工艺简单等优点,适用于大规模生产。

三、厚膜电阻的应用领域厚膜电阻广泛应用于各种电子设备中。

在电路板制造中,厚膜电阻用于调节电路的电阻值,保证电路的正常工作。

在集成电路制造中,厚膜电阻用于制作电阻元件,实现电路的功能。

在传感器制造中,厚膜电阻用于制作感应电阻,实现传感器的测量功能。

厚膜电阻工艺具有以下优势:1. 高精度:通过控制电阻材料的成分和厚度,可以实现高精度的电阻调节。

2. 耐久性:厚膜电阻具有良好的耐久性,可以在恶劣的环境下长时间稳定工作。

3. 成本低:相比于其他电阻制备方法,厚膜电阻工艺的成本较低,适用于大规模生产。

然而,厚膜电阻工艺也面临一些挑战:1. 尺寸限制:由于厚膜电阻的制备工艺受到尺寸限制,难以实现微小尺寸的电阻制备。

2. 温度特性:厚膜电阻的电阻值在不同温度下可能会有一定的变化,需要根据具体应用需求进行温度补偿。

五、结语厚膜电阻工艺作为一种常见的电子制造工艺,具有广泛的应用前景。

通过控制电阻材料的成分和厚度,可以实现高精度的电阻调节。

厚膜电阻工艺的成本低、工艺简单,适用于大规模生产。

厚膜晶片电阻

厚膜晶片电阻

厚膜晶片电阻厚膜晶片电阻是一种常见的电子元器件,广泛应用于各种电子设备中。

本文将从厚膜晶片电阻的基本原理、特点、应用等方面进行详细介绍。

一、基本原理厚膜晶片电阻是一种基于薄膜电阻原理制造的电子元器件。

其制造工艺是在陶瓷或金属基底上涂覆一层厚度为数微米的电阻层,再通过蒸镀、烧结等工艺将电极与电阻层相连,最终形成电阻器件。

厚膜晶片电阻的电阻值大小与电阻层的厚度、宽度、长度以及电阻层的材料有关。

一般来说,电阻层越厚,电阻值越大;电阻层越窄、越长,电阻值也会随之增大。

而电阻层的材料则会影响电阻器件的温度系数、稳定性等性能。

二、特点1. 电阻值范围广:厚膜晶片电阻的电阻值范围广,从几个欧姆到几百兆欧姆不等,可以满足不同电路的需求。

2. 稳定性好:由于厚膜晶片电阻是在基底上制成的,具有较好的机械强度和稳定性,不易受外界因素的影响。

3. 温度系数低:厚膜晶片电阻的温度系数较低,可以在较大的温度范围内保持较为稳定的电阻值。

4. 体积小、重量轻:厚膜晶片电阻体积小、重量轻,可以在小型电子设备中广泛应用。

三、应用厚膜晶片电阻在电子领域中有着广泛的应用,包括以下几个方面:1. 电路补偿:由于厚膜晶片电阻的稳定性和温度系数低,可以用于电路中的稳压、补偿等需要精度较高的场合。

2. 传感器:厚膜晶片电阻可以用于各种传感器中,例如温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。

3. 电源电路:厚膜晶片电阻可以用于电源电路中的限流、过流保护等方面。

4. 信号处理:厚膜晶片电阻可以用于信号处理电路中的滤波、分压等方面。

厚膜晶片电阻在电子设备中具有重要的应用价值,其稳定性、温度系数低等特点使得其在各种场合中都能够发挥出优异的性能表现。

厚膜电阻设计原理

厚膜电阻设计原理

厚膜电阻设计原理厚膜电阻是一种广泛应用在电子元器件中的电阻器件,其设计原理主要基于厚膜电阻材料的特性。

本文将从厚膜电阻的材料特性、制备工艺以及应用领域等方面,介绍厚膜电阻的设计原理。

我们来了解一下厚膜电阻的材料特性。

厚膜电阻材料通常是一种导电性良好的材料,如金属或碳化物。

这些材料具有较低的电阻率,并且能够在电子器件中承受较高的功率。

此外,厚膜电阻材料还具有良好的稳定性和耐腐蚀性,可以满足长期使用的要求。

在制备工艺方面,厚膜电阻的设计原理主要包括材料选择、薄膜制备、电阻值调节等步骤。

首先,根据具体的应用需求,选择合适的厚膜电阻材料。

然后,采用薄膜制备技术,在基底上制备一层均匀的薄膜。

常用的薄膜制备技术包括溅射法、喷涂法、印刷法等。

最后,通过调节制备参数,如薄膜厚度、材料组成等,来实现所需的电阻值。

厚膜电阻的设计原理还涉及到一些重要的参数,如电阻值、精度和温度系数等。

电阻值是指电阻器件所具有的电阻大小,通常以欧姆(Ω)为单位进行表示。

精度则是指电阻器件实际电阻值与标称电阻值之间的偏差大小。

温度系数则是指电阻值随温度变化的程度,通常以ppm/℃为单位进行表示。

这些参数的选择与设计对电阻器件的性能和应用场景具有重要影响。

厚膜电阻的设计原理在实际应用中有着广泛的应用。

首先,厚膜电阻常用于电子电路中的电流限制、电阻匹配和电压分压等功能。

例如,在电源电路中,厚膜电阻可以用来限制电流大小,保护电子元器件不受过流损坏。

其次,厚膜电阻还常用于模拟电路中的信号调节和传感器电路中的测量电路。

例如,在温度传感器中,厚膜电阻可以通过测量电阻值的变化来实现温度的检测和测量。

此外,厚膜电阻还广泛应用于电子设备的可靠性测试和校准等领域。

厚膜电阻的设计原理主要基于厚膜电阻材料的特性和制备工艺。

通过选择合适的材料、制备工艺和参数调节,可以实现所需的电阻值和性能。

厚膜电阻在电子元器件中有着广泛的应用,为电子设备的功能实现和性能优化提供了重要的支持。

厚膜柱状式电阻-概述说明以及解释

厚膜柱状式电阻-概述说明以及解释

厚膜柱状式电阻-概述说明以及解释1.引言1.1 概述厚膜柱状式电阻是一种常见的电子元器件,用于限制电流的流动或提供特定的电阻值。

它是由金属或合金材料制造而成,通常采用柱状的形状。

厚膜柱状式电阻的工作原理基于电阻材料的导电性和电阻性。

当电流通过电阻器时,电阻材料会阻碍电流的流动并产生一定的电阻。

电阻值的大小取决于电阻器的几何形状、长度和电阻材料的导电特性。

厚膜柱状式电阻具有一些重要的特点。

首先,它的电阻值可以很容易地调节,通过改变电阻器的长度或选择不同材料,可以获得不同的电阻值。

其次,它的稳定性和可靠性较高,能够在广泛的温度范围内工作并保持较为准确的电阻值。

此外,厚膜柱状式电阻的制造成本相对较低,易于批量生产。

厚膜柱状式电阻有广泛的应用领域。

它常常用于电子电路中的电流限制、电压分压、温度传感和信号调节等方面。

在许多电子设备和系统中,厚膜柱状式电阻都扮演着重要的角色。

总而言之,厚膜柱状式电阻是一种常见且重要的电子元器件,具有可调节的电阻值、稳定可靠和成本低廉等优点。

它在电子电路中有着广泛的应用,并在许多领域发挥着重要作用。

在接下来的章节中,我们将详细介绍厚膜柱状式电阻的定义和原理,以及它的特点和应用。

1.2 文章结构本文将按照以下结构展开对厚膜柱状式电阻的探讨:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构(当前部分)1.3 目的2. 正文2.1 厚膜柱状式电阻的定义和原理2.2 厚膜柱状式电阻的特点和应用3. 结论3.1 总结3.2 展望在引言部分,我们将对厚膜柱状式电阻进行简要的概述,包括其应用领域和重要性,为读者提供一个背景了解。

接下来,我们将深入探讨厚膜柱状式电阻的定义和原理。

我们将介绍其内部结构和工作原理,并解释导致其特性和性能的因素。

在此过程中,我们将涉及相关的物理原理和工程技术。

然后,我们将详细讨论厚膜柱状式电阻的特点和应用。

我们将探索其在电子设备、通信系统和工业领域中的应用案例,介绍其在不同场景下的优势和限制。

厚膜无感电阻

厚膜无感电阻

厚膜无感电阻1. 引言厚膜无感电阻是一种在电路中广泛应用的电子元件,它具有良好的性能和可靠性。

本文将详细介绍厚膜无感电阻的定义、结构、制备工艺以及应用领域等方面的内容。

2. 厚膜无感电阻的定义厚膜无感电阻是一种电阻器,其特点是电阻值较大且在一定工作范围内变化较小。

它主要由薄膜材料制成,薄膜材料可以是金属、合金或者导电性陶瓷等。

厚膜无感电阻通常具有良好的温度特性、线性特性和稳定性。

3. 厚膜无感电阻的结构厚膜无感电阻的结构主要包括电阻材料、电阻层、终端引线等组成部分。

•电阻材料:常用的电阻材料有铂、镍铬等金属材料,以及导电性陶瓷材料。

这些材料具有良好的导电性能和稳定性。

•电阻层:电阻层是电阻材料在载体上形成的一层薄膜,其厚度一般在几个微米到几十个微米之间。

电阻层的厚度决定了电阻器的电阻值。

•终端引线:终端引线用于将电阻器与电路连接,一般采用金属线材制成。

4. 厚膜无感电阻的制备工艺厚膜无感电阻的制备主要包括以下几个步骤:4.1 基板准备首先需要准备一个基板,常见的材料有陶瓷、玻璃等。

基板的选择决定了电阻器的性能和应用范围。

4.2 电阻层制备电阻层的制备一般采用薄膜沉积技术,常见的方法有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等。

制备过程中需要控制沉积物的厚度和均匀性。

4.3 终端引线制备终端引线的制备一般采用金属线材,常见的金属有金、银等。

终端引线的制备需要精确控制长度和位置,以确保电阻器的连接可靠性。

4.4 加工和测试制备完成后,需要对电阻器进行加工和测试。

加工主要包括切割、焊接等步骤,而测试主要包括测试电阻值、温度特性等。

5. 厚膜无感电阻的应用领域厚膜无感电阻在电子领域有广泛的应用,主要包括以下几个方面:•电力电子:在电力电子器件中,厚膜无感电阻常用于电流检测、电阻负载等。

•通信设备:在通信设备中,厚膜无感电阻常用于输入输出端的电流控制和监测。

•汽车电子:在汽车电子中,厚膜无感电阻常用于汽车电动系统、发动机控制等。

电子元器件厚膜技术介绍

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。

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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。

电阻浆料中的功能相一般为导电性金属氧化物。

在介质中,功能相一般为玻璃和/或陶瓷。

粘结相通常是玻璃、金属氧化物或者是两者的组合,其作用是把烧结膜粘结到基板上。

载体是聚合物在有机溶剂中的溶液。

载体决定了厚膜的工艺特性,是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂。

功能相和粘结相一般为粉末状,在载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状的厚膜浆料。

生带介质是在聚酯膜上流延形成柔软的带或膜。

烧结后的厚膜导体是由金属与粘结相组成的。

金属与陶瓷基板的粘结机理有两种:机械键合和化学键合。

机械键合是通过玻璃软化并扩散进入基板间孔隙形成的。

一般认为硼-硅-铝玻璃在氧化铝基板上形成的就是这类键合。

化学键合是通过金属氧化物与氧化铝或基板上的其它成分反应形成尖晶石结构。

靠化学键结合附着力强,但烧成温度较玻璃粘结相高。

氧化铜和氧化钙是用于厚膜导体化学键合的典型氧化物。

在标准的厚膜烧结温度850℃下,形成化学键合的反应动力太慢,需要使用玻璃和氧化物的组合,玻璃把氧化物运送到基板上来帮助形成键合,有效地增加了反应动力。

有些氧化物也可代替玻璃作助熔剂。

在RF和微波电路中,导体比在低频电路中多了作微带传输线的作用,应考虑导体的射频电阻和趋肤深度的影响。

工艺上要求导体膜加厚,导体膜厚度为趋肤深度的3~5倍,表面光洁度好。

厚膜导体中金属的电阻率本身就比较低,如表1所示。

在微波频率下选用不含玻璃的厚膜导体较好,常用的有无玻璃的金、银、铂-银和铜等浆料。

例如美国杜邦(DUPONT)公司的氧化物键合导体材料和美国电子科学实验室(ESL)的MICRO-LOK系列导体材料都是这类产品。

Sadayuki Nishiki等人[2]在20MHZ到10GHz的频率范围内测量了9种厚膜导体微带传输线的损耗。

这些导体材料是金、银、铜、铂-金、铂-银、金-钯、银-钯及它们与不同键合方式的组合。

键合方式包括:化学键合、机械键合、化学键合和机械键合的组合、树酯与氧化铝之间的机械键合。

测试结果与相同图形的薄膜性能比较后,得出一个厚膜导体传输损耗的经验公式。

在考虑了基板介质损耗和表面粗糙度后,测量值与理论值的比值对厚膜导体来说是1.4,对薄膜来说是1.2。

该差别是厚膜微带线边缘较圆滑造成的。

厚膜导体的传输损耗与薄膜接近,铜厚膜的传输损耗最低。

作者认为厚膜导体完全可以用到10GHz。

采用普通的丝网印刷工艺,厚膜导体的分辨率线条/间距为250μm/250μm。

通过对导体浆料中的各成分进行优化,制作出很低电阻率的新型细线印刷导体的浆料,以满足提高布线密度的需要。

Jerry Steinberg等人[3]对在氧化铝和介质基板上的高粘附力厚膜金导体进行了研究。

采用化学共沉淀制作出小的、球形的、大小均匀的金粉末,选少量的氧化物作助熔剂,严格控制工艺参数,制作出了能键合2mil金丝的高粘附力厚膜金浆料。

该浆料烧结膜表面光滑,线键合性好,粘附力高;电阻率低,烧成膜厚大于7μm时,方阻小于4mΩ/□;印刷分辨率高,批量生产时可印刷0.18mm的线宽和间距,实验室内可制作线宽50μm,间距150μm的图形。

为了进一步提高丝网印刷的分辨率,人们开发了可光刻的厚膜浆料和光致成图浆料。

例如金属-有机物浆料和薄印浆料等,这些浆料大部分为金浆料,结合先进的工艺,其细线水平几乎达到薄膜的工艺水平,详细情况将在后面介绍。

低温共烧陶瓷(LTCC)技术由于导体的电阻率较低,介质材料的高频性能好,最适于做微波MCM的基板材料。

在LTCC技术中,厚膜导体除了作高密度互连的导带外,也是多层电路互连通孔的填充材料。

在功率电路中,人们利用填充金属的通孔阵列把器件上的热量传到热沉上。

在微波LTCC中,从降低成本和可靠性的考虑,利用银作内层导体,金作表层导体。

银有极好的导电性和导热性,可在空气中烧成,比金便宜,适合作内层导体。

厚膜导体材料必须与LTCC生带系统相匹配,特别是通孔填充材料,要作为良好的导电和导热通路,又不能导致任何物理弯曲或封装的开裂。

Todd Williams等人[4]研究了A6低温共烧陶瓷系统的银通孔金属化问题。

A6是一种低介电常数、低损耗的微波和RF用LTCC材料。

Todd Williams等人认为通孔填充浆料应考虑下述关键特性:通孔填充浆料中的玻璃或氧化物与生带中的匹配;通孔填充材料和生带的收缩率随温度变化应紧密配合;热膨胀系数相匹配;电导率要高;流变性与工艺相对应;热导率要高。

通过仔细选择无机材料,使LTCC和银通孔填充浆料之间的烧结动力产生良好的匹配,烧结结构的通孔里没有空洞,环通孔的LTCC里没有裂纹,烧结的银注满了LTCC通孔,也没有突出陶瓷外边。

该金属化系统使低温共烧陶瓷(LTCC)系统实现了结构上实实在在的互连。

用银作LTCC的内层导体,金作表层导体,消除了银的表面迁移问题。

金和银直接互连时,会产生扩散。

在烧结过程中,由于扩散速度的不同,在界面上会形成孔隙,即Kirk-endall孔隙。

该孔隙会导致烧结后开路,使可靠性成为问题。

L.Prozdyk等人[5]研究了银-金互连的过渡性通孔填充材料问题。

在内层银导体和表层金导体之间加一层过渡性填充材料可解决该问题。

2.2 厚膜基板材料厚膜材料要制作在一个基板上,该基板对最终成膜作一机械支撑,也有热、电的作用。

在RF和微波电路中,厚膜基板还是传输电磁波的介质。

常用的厚膜基板材料有96%氧化铝及99%氧化铝、氧化铍和氮化铝陶瓷。

这些陶瓷材料性能稳定,机械强度高,导热性好,介电性能及绝缘性能好,微波损耗低,是优良的微波介质材料,主要性能见表2。

96%氧化铝瓷是标准的厚膜基板材料,具有优良的热、机械、电和物理化学性能,其厚膜金属化浆料已非常成熟,产品已经商品化、系列化。

96%氧化铝瓷中玻璃相较多,环绕晶粒的玻璃相与厚膜中的玻璃粘结相相互作用,产生比其它基板材料高得多的粘附力。

其厚膜浆料有玻璃粘结型、化学键合型和混合型三种。

在微波电路中,从微波损耗的角度考虑,常常选用氧化铝含量更高的99.5%氧化铝瓷。

氧化铍陶瓷是热导率最高的陶瓷材料,且电绝缘性、介电性和机械强度都很好。

相对于其它基板材料,氧化铍陶瓷的介电常数较低,有利于在微波频率中的应用。

氧化铍陶瓷的热导率是96%氧化铝瓷的十几倍,尽管随着温度的升高,其热导率逐渐降低,但在25~300℃的温度范围内,其热导率仍比氮化铝瓷高出30%。

由于氧化铍陶瓷基板的纯度很高(99.5%),玻璃相含量很少,使用的厚膜浆料多为化学键合型或混合型的专用浆料。

氧化铍陶瓷具有优异的导热性能,很多资料介绍了它的毒性,但美国的Brush WellmanInc.等三家公司曾宣布固态氧化铍陶瓷是十分安全的,人们可以接触、抚摸甚至可以吞下它,而不会受到伤害。

它的不安全之处在于像可被人们吸入的那样大小的氧化铍粉尘,这些细微粉尘在氧化铍陶瓷的制造过程中已被成功地治理了,使用氧化铍陶瓷是十分安全的。

氮化铝陶瓷的导热率很高,几乎可以与氧化铍陶瓷相媲美,且随着温度的升高降低较缓慢。

其热膨胀系数与半导体材料硅(4.2×10-6/℃)、砷化镓(5.7×10-6/℃)都非常接近。

其它性能,如电气性能、机械性能都很好,无毒,是有前途的高导热基板材料。

一般的厚膜浆料系统只适用于氧化物陶瓷基板,其热膨胀系数只能与氧化铝陶瓷匹配,浆料所含的玻璃在烧结时浸润不了氮化铝,粘附力较差。

目前已经研制出氧化铍陶瓷基板专用的银、金、铂-银、银-钯等厚膜导体浆料及相应的电阻浆料和包封料。

这些浆料采用了新的玻璃料,其热膨胀系数与氮化铝(AlN)陶瓷接近,同时又加入了化学键合的粘附机理,性能稳定可靠。

R.Reicher等人[6]认为厚膜导体浆料中的玻璃粘结相是一个热阻挡层,对AlN陶瓷极好的导热性有不利的影响。

新开发了无玻璃的活性金属化Ag-Cu-Ti厚膜导体浆料,并研究了该浆料与AlN陶瓷的键合机理和应力分布。

与普通的玻璃键合厚膜导体相比,该无玻璃的厚膜金属化系统对AlN陶瓷来说可靠性更高。

由于具有优良的导热性和低的高频损耗,氧化铍陶瓷和氮化铝陶瓷在微波和RF电路中,特别是在大功率电路中被当作首选基板材料。

人们利用厚膜工艺,用氧化铍陶瓷和氮化铝陶瓷作基板材料,制作出了性能好,成本低的微波无源元件,主要有微波功率衰减器、微波功率负载电阻等,这些产品体积小,功率容量大,响应频带宽,性能稳定可靠。

目前,微波功率负载电阻的水平已做到:功率2~800W,频率范围DC~6GHz,电压驻波比<1.25;微波功率衰减器的水平为功率10~200W,频率范围DC~4GHz。

3 细线工艺厚膜电路组装密度的不断提高,要求布线密度进一步提高,导体线条更细,线间距更窄。

厚膜导体布线密度的提高,可采用厚膜工艺制作微波和RF电路,使产品研制周期缩短,生产成本降低。

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