集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術2024/7/13集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術前課回顧1.芯片互連技術的分類2.WB技術、TAB技術與FCB技術的概念3.三種芯片互連技術的對比分析集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術芯片互連技術對比分析集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜技術簡介主要內容

厚膜導體材料集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術膜技術簡介厚膜（ThickFilm）技術和薄膜技術（ThinFilm）是電子封裝中的重要工藝技術，統稱為膜技術。可用以制作電阻、電容或電感等無源器件，也可以在基板上制成布線導體和各類介質膜層以連接各種電路元器件，從而完成混合（Hybrid）集成電路電子封裝。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜技術厚膜技術是采用絲網印刷、干燥和燒結等工藝，將傳統無源元件及導體形成于散熱良好的陶瓷絕緣基板表面,并用激光處理達到線路所需之精密度,再采用SMT技術,將IC或其他元器件進行安裝,構成所需要的完整線路,最后采用多樣化引腳和封裝方式,實現模塊化的集成電路——厚膜混合集成電路（HIC，HybridIntegratedCircuit）。厚膜印刷所用材料是一種特殊材料——漿料，而薄膜技術則是采用鍍膜、光刻和刻蝕等方法成膜。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術

較之普通PCB，厚膜電路在散熱性和穩定性方面優勢明顯；而且，比普通PCB能更適應環境。由于汽車電子產品所處環境通常都比較苛刻（不包括車內影音娛樂系統），比如動力控制系統和發動系統，所處環境高溫、高濕、大功率、高振動等。普通PCB無法滿足這些環境條件需求時，厚膜電路就會體現出它的價值。基于厚膜電路在高溫、高壓、大功率的應用中有極大的優勢。一般主要應用在汽車電子、通訊系統領域、航空航天及一些軍工領域。厚膜電路特點及應用集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術所有厚膜漿料通常有兩個共性：一、適于絲網印刷的具有非牛頓流變能力的黏性流體；

二、有兩種不同的多組分相組成，一個是功能相，提供最終膜的電和力學性能，另一個是載體相（粘合劑），提供合適的流變能力。厚膜漿料集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術牛頓流體指剪切應力與剪切變形速率成線性關系，即在受力后極易變形，且剪切應力與變形速率成正比的低粘性流體。凡不同于牛頓流體的都稱為非牛頓流體。牛頓內摩擦定律表達式：τ=μγ式中：τ--所加剪切應力；γ--剪切速率（流速梯度）；μ--度量液體粘滯性大小的物理量—黏度，其物理意義是產生單位剪切速率所需要的剪切應力。服從牛頓內摩擦定律的流體稱為牛頓流體。牛頓流體和非牛頓流體集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜多層制作步驟集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜漿料厚膜漿料可分為聚合物厚膜、難熔材料厚膜和金屬陶瓷厚膜；其中，難熔材料厚膜是特殊一類金屬陶瓷厚膜，需要在較之傳統金屬陶瓷材料更高的溫度下進行燒結。聚合物厚膜材料：包含帶有導體、電阻或絕緣顆粒的聚合物材料混合物，通常在85-300攝氏度范圍內固化。聚合物導體主要是C和Ag，常用于有機基板材料上。金屬陶瓷厚膜：玻璃陶瓷和金屬的混合物，通常在850-1000攝氏度的范圍內燒結。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術傳統厚膜漿料的主要成分傳統的金屬陶瓷厚膜漿料具有四種主要成分：

有效物質—決定膜功能粘結成分—提供膜與基板間的粘結以及使有效物質保持懸浮狀態的基體；有機粘結劑—提供絲網印刷時的合適流動性能；溶劑或稀釋劑—決定運載劑的粘度集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術傳統金屬陶瓷厚膜漿料成分—有效物質漿料中的有效物質決定燒結膜的電性能，如果是金屬則燒結膜是導體，如果是金屬氧化物則是一種電阻；如果有效物質是一種絕緣材料，則燒結后的膜是一種介電體，有效物質一般以粉末形式出現，顆粒尺寸為1-10um，平均粒徑約5um。通常情況下介電體是絕緣體，在外加一定強度電場的情況下，會導致電擊穿成為導電材料，常用于制作電容器。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術傳統金屬陶瓷厚膜漿料成分—粘結成分粘接成分：主要有兩類物質用于厚膜與基板的粘接：玻璃材料和金屬氧化物，可以單獨使用或者一起使用。玻璃材料粘接機理：【與基板中的玻璃發生化學反應】和【玻璃態物質熔融流入基板不規則表面】

玻璃粘結的不足？

物理過程因存在熱循環和熱儲存而退化燒結玻璃材料表面存在玻璃相，影響后續組裝工藝。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術傳統金屬陶瓷厚膜漿料成分—粘結成分金屬氧化物粘接機理：金屬Cu和Cd（鎘）與漿料混合，發生基板表面氧化反應生成氧化物，金屬與氧化物粘結并通過燒結結合在一起。

金屬氧化物粘結的優缺點？玻璃-氧化物粘接機理：氧化物一般為氧化鋅或氧化鈣，低溫下可發生反應，克服了上述兩種粘結劑的缺點，稱之為混合粘結系統。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術傳統金屬陶瓷厚膜漿料成分—有機粘結劑有機粘接劑通常是一種觸變的流體，作用：可使有效物質和粘接成分保持懸浮態直到膜燒制完成；可為漿料提供良好的流動特性以進行絲網印刷。有機粘結劑不揮發，但在高溫下趨于燒盡，粘結劑在燒結過程中必須被完全氧化，不能存在有影響膜的殘余物質（C）存在。氮氣中燒結的有機載體必須發生分解和熱解聚。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術傳統金屬陶瓷厚膜漿料成分—溶劑或稀釋劑自然形態的有機粘結劑太粘稠不能進行絲網印刷，需要使用溶劑或稀釋劑，稀釋劑比粘結劑較容易揮發，在大約100℃以上就會迅速蒸發，典型材料是萜品醇、丁醇和某些絡合的乙醇；溶劑或稀釋劑用于燒結前的有機粘結劑的稀釋，烘干和燒結時揮發掉。集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術配制漿料時，須將各成分按一定比例充分混合。制造過程開始于粉末態的物質，通過從化學溶液中沉淀出來的金形成的金粉末與細篩的玻璃粉混合，加入運載劑（由適當的溶劑、增稠劑或膠混合）后用球磨機使混合物充分混合來減小玻璃料和其他脆性材料的顆粒尺寸，最后由三輥軋膜機將漿料的組分彌散開，保證顆粒尺寸均勻。厚膜漿料的制備集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術球磨設備和臨界速率集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜漿料的參數：粒度（FOG細度計測量）固體粉末百分比含量（400℃煅燒測量）粘度（錐板或紡錘粘度計測量）。厚膜漿料的參數為適應絲網印刷，漿料需具有下述特性：【流體比須具有一個屈服點】—印刷后靜止不流動，流動最小壓力遠大于重力【流體應具有某種觸變性】—剪切速率影響流體流動性【流體應具有某種程度滯后作用】—粘度隨壓力降低而增加集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜導體在混合電路中實現的功能：【提供電路節點間的導電布線功能】【提供后續元器件焊接安裝區域】【提供電互連：元器件、膜布線和更高級組裝互連】【提供厚膜電阻的端接區】【提供多層電路導體層間的電氣連接】厚膜導體材料集成電路芯片封裝技術第三章厚薄膜技術厚膜導體材料基本類型：可空氣燒結厚膜導體：主要是指不容易形成氧化物的金屬材料(Au和Ag等）可氮氣燒結厚膜導體：通常是指在部分低含氧量狀態下易于氧化的材料（Cu、Ni和Al等）須還原氣氛燒結厚膜導體：難熔材料M和W，防止燒結過程