什么是厚膜電路(厚膜集成電路)

什么是厚膜電路(厚膜集成電路)

用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等厚膜工藝在同一基片上制作無源網(wǎng)絡(luò)，并在其上組裝分立的半導(dǎo)體器件芯片或單片集成電路或微型元件，再外加封裝而成的混合集成電路。厚膜混合集成電路是一種微型電子功能部件。

1.特點和應(yīng)用

與薄膜混合集成電路相比，厚膜混合集成電路的特點是設(shè)計更為靈活、工藝簡便、成本低廉，特別適宜于多品種小批量生產(chǎn)。在電性能上，它能耐受較高的電壓、更大的功率和較大的電流。厚膜微波集成電路的工作頻率可以達(dá)到 4吉赫以上。它適用于各種電路，特別是消費類和工業(yè)類電子產(chǎn)品用的模擬電路。帶厚膜網(wǎng)路的基片作為微型印制線路板已得到廣泛的應(yīng)用。

2.主要工藝

根據(jù)電路圖先劃分若干個功能部件圖,然后用平面布圖方法轉(zhuǎn)化成基片上的平面電路布置圖，再用照相制版方法制作出絲網(wǎng)印刷用的厚膜網(wǎng)路模板。厚膜混合集成電路最常用的基片是含量為96％和85％的氧化鋁陶瓷；當(dāng)要求導(dǎo)熱性特別好時，則用氧化鈹陶瓷。基片的最小厚度為0.25毫米，最經(jīng)濟(jì)的尺寸為35×35～50×50毫米。在基片上制造厚膜網(wǎng)路的主要工藝是印刷、燒結(jié)和調(diào)阻。常用的印刷方法是絲網(wǎng)印刷。

絲網(wǎng)印刷的工藝過程是先把絲網(wǎng)固定在印刷機框架上，再將模版貼在絲網(wǎng)上；或者在絲網(wǎng)上涂感光膠，直接在上面制造模版,然后在網(wǎng)下放上基片,把厚膜漿料倒在絲網(wǎng)上，用刮板把漿料壓入網(wǎng)孔,漏印在基片上,形成所需要的厚膜圖形。常用絲網(wǎng)有不銹鋼網(wǎng)和尼龍網(wǎng)，有時也用聚四氟乙烯網(wǎng)。

在燒結(jié)過程中，有機粘合劑完全分解和揮發(fā)，固體粉料熔融，分解和化合，形成致密堅固的厚膜。厚膜的質(zhì)量和性能與燒結(jié)過程和環(huán)境氣氛密切相關(guān)，升溫速度應(yīng)當(dāng)緩慢，以保證在玻璃流動以前有機物完全排除；燒結(jié)時間和峰值溫度取決于所用漿料和膜層結(jié)構(gòu)。為防止厚膜開裂，還應(yīng)控制降溫速度。常用的燒結(jié)爐是隧道窯。

為使厚膜網(wǎng)路達(dá)到最佳性能，電阻燒成以后要進(jìn)行調(diào)阻。常用調(diào)阻方法有噴砂、激光和電壓脈沖調(diào)整等。

3.厚膜材料 　

厚膜是指在基片上用印刷燒結(jié)技術(shù)所形成的厚度為幾微米到數(shù)十微米的膜層。制造這種膜層的材料，稱為厚膜材料。

厚膜材料是一類涂料或漿料，由一種或幾種固體微粒（0.2～10微米）均勻懸浮于載體中而形成。為了便于印刷成形，漿料必須具有合適的粘度和觸變性（粘度隨外力而改變的性質(zhì)）。固體微粒是厚膜的組成部分，決定膜的性質(zhì)和用途。載體在燒結(jié)過程中分解逸出。載體至少含有三種成分，樹脂或聚合物粘合劑、溶劑和表面活化劑。粘合劑給漿料提供基本的流變特性；溶劑稀釋樹脂，隨后揮發(fā)掉，以使印刷圖樣干涸；活化劑使固體微粒被載體浸潤并適當(dāng)分散于載體中。

按厚膜的性質(zhì)和用途,所用的漿料有五類:導(dǎo)體、電阻、介質(zhì)、絕緣和包封漿料。

導(dǎo)體漿料用來制造厚膜導(dǎo)體，在厚膜電路中形成互連線、多層布線、微帶線、焊接區(qū)、厚膜電阻端頭、厚膜電容極板和低阻值電阻。焊接區(qū)用來焊接或粘貼分立元件、器件和外引線，有時還用來焊接上金屬蓋，以實現(xiàn)整塊基片的包封。厚膜導(dǎo)體的用途各異，尚無一種漿料能滿足所有這些用途的要求，所以要用多種導(dǎo)體漿料。對導(dǎo)體漿料的共同要求是電導(dǎo)大、附著牢、抗老化、成本低、易焊接。常用的導(dǎo)體漿料中的金屬成分是金或者金-鉑、鈀-金、鈀-銀、鉑-銀和鈀-銅-銀。

在厚膜導(dǎo)體漿料中，除了粒度合適的金屬粉或金屬有機化合物外，還有粒度和形狀都適宜的玻璃粉或金屬氧化物，以及懸浮固體微粒的有機載體。玻璃可把金屬粉牢固地粘結(jié)在基片上，形成厚膜導(dǎo)體。常用無堿玻璃，如硼硅鉛玻璃。

厚膜電阻是厚膜集成電路中發(fā)展最早、制造水平最高的一種厚膜元件，可以制造各種電阻。對厚膜電阻的主要要求是電阻率大、阻值溫度系數(shù)小、穩(wěn)定性好。

與導(dǎo)體漿料相同,電阻漿料也有三種成分：導(dǎo)體、玻璃和載體。但是，它的導(dǎo)體通常不是金屬元素，而是金屬元素的化合物，或者是金屬元素與其氧化物的復(fù)合物。常用的漿料有鉑基、釕基和鈀基電阻漿料。

厚膜介質(zhì)用來制造微型厚膜電容器。對它的基本要求是介電常數(shù)大、損耗角正切值小、絕緣電阻大、耐壓高、穩(wěn)定可靠。

介質(zhì)漿料是由低熔玻璃和陶瓷粉粒均勻地懸浮于有機載體中而制成的。常用的陶瓷是鋇、鍶、鈣的鈦酸鹽陶瓷。改變玻璃和陶瓷的相對含量或者陶瓷的成分，可以得到具有各種性能的介質(zhì)厚膜，以滿足制造各種厚膜電容器的需要。

厚膜絕緣用作多層布線和交叉線的絕緣層。對它的要求是絕緣電阻高、介電常數(shù)小，并且線膨脹系數(shù)能與其他膜層相匹配。在絕緣漿料中常用的固體粉粒是無堿玻璃和陶瓷粉粒。