第8讲 混合微电路与多芯片模块的材料与工艺-080505.ppt

第8章 厚膜技术与系统封装热管理 §8.1 丝网印刷与厚膜IC技术 §8.1.1集成电路概述 集成电路大体上可分为两大类：半导体集成电路和混合集成电路。 混合集成电路又可分为两种：一种是薄膜混合集成电路，它是应用真空喷射法的薄膜技术制造；另一种是厚膜集成电路，是应用丝网印刷厚膜技术制造。 所谓薄膜是指1μm左右的膜层厚度，厚膜是指10~25μm的膜层厚度，无论是薄膜还是厚膜都有各自的优点。 薄膜技术：有源or无源元件都能根据其各自技术特点直接加工成集成电路，成本高。 厚膜技术：不能直接加工，只能把元件进行焊接。厚膜IC耗电低，适应大电力高电压，生产成本低，可批量生产。 利用丝网印刷方法形成导体及厚膜电阻、电容与用薄膜形成技术制作的电阻、电容器比较，用厚膜技术制造容易，可靠性好，而且所需生产设备投资少。 厚膜印刷与丝网印刷相似，厚膜印刷的产品是厚膜电阻器、电容器等电路元件。 厚膜电阻器的精度、电气稳定性和可焊性等技术指标，与厚膜的丝网印刷质量关系极为密切，若墨膜印刷厚度与印刷技术指标相差(哪怕是微小的变化) ，都会导致产品不合格。 因此，厚膜电阻器膜厚的准确性和均匀性将直接影响产品的成品率。 普通厚膜电阻器是厚度约20μm的立方体，如果控制其厚度一定，则可用长宽之比来决定该电阻器的电阻值。厚膜电阻器的长宽比从最大10∶1至最小1∶10，对电阻值相同的印刷油墨(电阻浆料)，其面积只能在1021/10范围内变化。要想获得这一范围以外的电阻值，则必须改用电阻值不同的浆料。 制作工艺过程： 陶瓷基板准备→导体浆料(导电油墨) 准备→制作丝网印版→导体浆料丝网印刷→干燥→电阻浆料(电阻油墨) 准备→电阻浆料丝网印刷→干燥→电阻烧结→电阻调整(激光调整) →检验→成品。 §8.1.2 陶瓷板 使用90 %～96 %的氧化铝陶瓷基板，是一种以氧化铝(Al2O3) 为主体的材料，有较好的传导性、机械强度和耐高温性。制作厚膜时应注意陶瓷板的材质、尺寸、粗糙度、翘曲以及表面的缺陷与污染等，并在净化间进行超声波清洗。 §8.1.3 浆料 有导体浆料、电阻浆料和绝缘浆料3 种，浆料一般由贵金属和低熔点玻璃组成。制作浆料时要注意浆料的材质、粘度和膨胀系数等。 厚膜IC印墨是将金属细粉分散于有机树脂连结料中调成糊状的浆料。其成份有金、银、钯等。通过丝网印版印在陶瓷基板上，经高温烧制，有机树脂连结料被燃烧掉，剩下的几乎都是纯粹的贵金属，由于玻璃质的作用而密合在基板上。这层膜可作为厚膜线路、厚膜电阻、厚膜电容及半导体IC用的底层金属片。 §8.1.4 厚膜IC与网版 1.1 网框 印刷厚膜电路的丝网网框多采用硬铝及铝合金，网框规格一般应是漏印图形的2倍，以保证漏印图形的精度。 1. 2 丝网 印刷厚膜电路的丝网多采用不锈钢丝网或尼龙丝网，超精密的印刷可采用镀镍的不锈钢丝网。一般电路印刷选用200～300目丝网；多层布线或要求精度更高时，可选用300目以上的丝网。 §8.1.5 网版感光材料 由于厚膜IC网印要求得到较厚的特种印料(油墨),所以要求使用能将网版感光材料涂至20~30μm，但显影后要求漏印图形的边缘锐利、陡直。在工艺操作上建议： (1) 选用高分辨率的感光胶，为保证感光胶膜厚度的一致性和精确性，可采用感光胶自动涂覆装置，涂覆后的感光胶层可用自动测膜厚仪进行监控。 注：手工刮胶方法膜厚精确性、均匀度较差。 (2) 采用直接晒版菲林(亦称水浆菲林) 最大优点：膜厚非常精确 (膜厚误差仅2μm) 、均匀性极佳、工艺操作非常容易。 直接晒版菲林有多种规格可供不同客户选择,其膜厚分别为13μm、15μm、18μm、25μm、38μm、50μm、70μm 等，最大厚度可达400μm。 有关直接晒版菲林工艺操作程序如图2所示(以英国“柯图泰”直接晒版菲林为例) 。 直接晒版菲林曝光时间可见表1 (以Chromaline直接晒版菲林为例) 。 §8.1.6 印版 厚膜IC印版的高精度控制： 过去：放大/精缩方式：将图案用精密丝网机放大10倍，然后用照相法把图案缩回原尺寸(缩1/10，即放大/精缩)。 现在：1）采用电子工程CAD(计算机设计/ 激光光绘) 获得印版制作时所需要的精密制版底版。 2）采用在已涂覆感光胶或直接晒版菲林上进行图形喷绘或直接以激光扫描(曝光)，此种工艺可确保厚膜IC印版的精度并可彻底屏弃传统网印印版制作中的制版底版(照相软片) 。 §8.1.7 厚膜电阻