0755-27906065

一文读懂薄膜&厚膜技术原理与工艺改进

2022-06-15 10:44:52
一文读懂薄膜&厚膜技术原理与工艺改进


厚膜与薄膜技术

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。

 


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。


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。


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MOCVD、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。湿膜的优点在于投资低、可依据基板材料大规模大批量成膜,但缺点在于成膜过程中对环境纯净度具有较高的要求,杂质较多的环境对成膜的质量有很大的影响。

 

三、电路图形的成型方法


1.填平法。将光刻胶涂敷或将光刻胶干膜贴附在基板表面,形成的图形,在槽中沉积金属膜层,将其填平,***将残留的光刻胶剥离。其中,正胶在曝光后可溶,但负胶在曝光后不可溶。填平法具有容易混入气泡的缺点。

 

 

 

2.蚀刻法包括化学蚀刻和薄膜光刻两种方法。湿法蚀刻是指在基板表面覆上印刷电路所需的浆料,经烧成后,涂胶,掩膜曝光,去除光刻胶,***通过有机溶剂去掉不需要的电极材料;干法蚀刻利用磁控溅射、真空蒸镀在基板表面形成薄膜,在光刻下制成电路图型,干法的膜厚***可控制、图形精细度高,但是工艺难度大、设备投资较大。

 

 

 

3.掩膜法。利用机械或光刻的方法制成掩膜,并加以定位,再由真空蒸镀方法成膜,在基板表面形成所需的电路图形。掩膜法的图形精度较高、工艺程序少,但需要预先制作掩膜。


4.喷砂法。在基板的整个表面形成膜,并在基板表面形成光刻胶图形,利用喷砂去掉多余的部分,经过剥离光刻胶后便能得到需要的电路图形,值得注意的是,喷砂过程中会产生灰尘。

 

 

厚膜技术介绍

一、基本原理

 

厚膜技术主要是指用丝网印刷的方法将导体浆料、电阻浆料或介质浆料等材料转移到陶瓷基板上,这些材料经过高温烧成后,会在陶瓷电路板上形成粘附牢固的膜。重复多次后,就会形成多层互连结构的包含电阻或电容的电路。


二、工艺流程


厚膜印刷的流程大致分为:设计制作菲林,出片打样,制作PS板,调油漆,上机印刷,磨光,裱纸,粘盒,检验,出货。


三、厚膜浆料

 

 

 

厚膜浆料主要由功能相、粘结相和载体三部分组成。


根据不同情况,功能相的材料也是有所区别的:作为导体浆料,功能相多为贵金属或贵金属混合物;作为电阻浆料,功能相多为导电性金属氧化物;作为介质,功能相多为玻璃或陶瓷。功能相决定了成膜后的电性能和机械性能,因此材料要求严格。粘结相多为玻璃、金属氧化物及玻璃和金属氧化物的结合,顾名思义,粘结相的作用就是把烧结膜粘结到基板上。不同于功能相和粘结相的粉末状态,载体是液态、是聚合物在有机溶剂中的溶液,其影响着厚膜的工艺特性,常作为印刷膜和干燥膜的临时粘结剂。

 

 

 

四、丝印工艺


随着电子电气行业微型化发展,要求厚膜电路组装密度以及布线的密度不断地提高,要求导体线条更细,线间距更窄。


目前***常用的工艺分为三种:1.采用高网孔率丝网。此工艺下线径会更细、目数更高、丝网的开口率更高、细线不易断线等特点。2.光刻或光致成图技术。先烧结成膜,再光刻成图工艺的材料通常有有机金浆、薄印金及无玻璃导体等;先光刻后成膜所采用的浆料因其具有光敏性,可以在经过曝光、显影后直接成图,省去了光刻胶步骤,且能够提高导体线条的精度。3.微机控制的直接描绘技术。此技术主要是在CAD上进行设计,然后直接在基板上描出厚膜图形,无需制版、制网,且该工艺下布线的线宽和间距可以***控制,适合小批量和多品种的生产。


五、印后加工


1.摊平。印刷后,零件需要放置5-15分钟左右。这样可以使丝网筛孔的痕迹消失;同时,印刷后的印刷膜粘度仍然比较低,需要在摊平处理后达到较高的粘度。


2.干燥处理。摊平后,零件需要在70150℃的温度范围下强制干燥15分钟左右。干燥处理对干燥设备、抽风系统、环境洁净度、干燥速率控制等具有较高的要求。


3.烧制。烧制的温度在650-670℃之间,在烧制过程中要随时调整炉温,保持浆料烧结的温度。


4.调整。通过向电路板喷砂或激光调整,对电阻值进行调整。


5.包封。大致的工艺完成后要进行包封对内接元件进行保护。

 

 

厚膜技术的进化

随着电子电气行业微型化发展,要求厚膜电路组装密度以及布线的密度不断地提高,导体线条更细,线间距更窄。但由于丝网印刷的特性,一般无法实现小于50微米(2mil)的图案,量产的实际水平多数在100um4mil)以上。厚膜技术的高精度化,如何用厚膜技术实际50um2mil)以下的超细布线,已成为极为关键的工艺技术进化节点。

 

为实现更高的精度,目前***常用的工艺分为三种:

 

1.厚膜印刷工艺:采用高网孔率丝网。此工艺的线径会更细、目数更高、丝网的开口率更高、细线不易断线。

 

2.厚膜光刻工艺:通过光刻或光致成图技术。先烧结成膜,再光刻成图工艺的材料通常有有机银浆、薄印银及无玻璃导体等;先光刻后成膜所采用的浆料因其具有光敏性,可以在经过曝光、显影后直接成图,省去了光刻胶步骤,且能够提高导体线条的精度。Thick Film Lithography就是此工艺,也是目前实际在规模化量产的高精度厚膜烧结工艺技术。

 

3.厚膜直接描绘技术:此技术主要是在CAD上进行设计,然后直接在基板上描出厚膜图形,无需制版、制网,且该工艺下布线的线宽和间距可以***控制,适合小批量和多品种的生产。

 

一、厚膜光刻技术

 

厚膜光刻技术是将光刻技术应用于传统的厚膜工艺。与传统的厚膜工艺相比,该技术使图案能够形成更精细的分辨、更高精度和平整性,并且与薄膜相比,可以达到同样的封装密度水平。

 

厚膜光刻主要有感光性浆料法和厚膜蚀刻法。

 

1.感光性浆料法

 

感光性电极浆料主要是由银粉、感光性树脂溶剂、粘合剂、分散剂、稳定剂等按一定比例调和而成。工艺步骤是:

 

用印刷法将浆料整板均匀地涂在基板上,干燥;

用紫外光进行曝光;

用碱性水溶液显影;

干燥、烧结。

 

这种工艺的特点是制作出的电极线质量好,线宽可做到小于50um。是目前已知的实现商业化应用的厚膜光刻技术工艺,也是村田用于生产LTCC器件及电感器小型化的关键工艺。

 

 

感光性浆料法厚膜光刻

 

2.厚膜蚀刻法

 

这种方法与薄膜法几乎一样,只是将镀膜换成了印刷烧结。用印刷法整板印上银浆,烧结后涂上光刻胶,经过曝光、显影,形成抗蚀图,然后用一定浓度的硝酸溶液将图型外的材料腐蚀掉,***去胶。由于银浆是在烧结后进行刻蚀的,因而不存在图形收缩问题,但整板烧结银浆,将产生应力;用浓硝酸作腐蚀液,环境污染大应考虑。

 

 

厚膜蚀刻法

 

二、厚膜光刻技术特点

 

1.技术优势

 

高精度及高解析度

极高的一致性

优异的高温性工作性能

制程简单流程短可控度高

有极高的工艺灵活更适用于少量多品类市场

工艺成本低,建设投入小

 

2.需要优化

 

在厚膜光刻工艺中对感光性浆料存在过度依赖,工艺能否实用化与相应材料的性能不可分割,材料的配套能力影响应用产品的商用化进程。

 

 

厚膜技术与薄膜技术的对比

一、工艺比较

 

 

(点击查看大图)

 

二、基板材料


陶瓷材料具有稳定性高,机械强度高,导热性好,介电性好、绝缘性好,微波损耗低等特点,是极好的微波介质材料。薄膜及厚膜技术中可以使用的基板材料有氧化铝、氮化铝、氧化铍、碳化硅、石英等陶瓷类基板。


三、应用领域


薄膜技术的光学、电学、磁学、化学、力学及热学性质使其在反射涂层、减反涂层、光记录介质、绝缘薄膜、半导体器件、压电器件、磁记录介质、扩散阻挡层、防氧化、防腐蚀涂层、传感器、显微机械、光电器件热沉等方面具有广泛的应用,其中在光电子器件、薄膜敏感元件、固态传感器、薄膜电阻、电膜、电容、混合集成电路、太阳能电池、平板显示器、声表面波滤波器、磁头等的方面具有很大的应用。


厚膜技术因其高可靠性和高性能在汽车领域、消费电子、通信工程、医疗设备、航空航天中具有较多的应用,例如:开关稳压电源电路、视放电路、帧输出电路、电压设定电路、高压限制电路,飞行器的通信、电视、雷达、遥感和遥测系统,发电机电压调节器、电子点火器和燃油喷射系统,磁学与超导膜式器件、声表面波器件、膜式敏感器件等的应用。

 

总而言之,厚膜技术与薄膜技术在部分领域(例如:片式电阻)有一定的替代,但是厚膜技术由于成本、可靠性、高温性能等方面的优势,在很多产品的制造及相关工艺中无可替代,另外LTCCHTCC等多层共烧结工艺中,无法应用薄膜技术。

 

 


2022-06-15 10:44:52
一文读懂薄膜&厚膜技术原理与工艺改进


厚膜与薄膜技术

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。

 


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。


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。


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MOCVD、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。湿膜的优点在于投资低、可依据基板材料大规模大批量成膜,但缺点在于成膜过程中对环境纯净度具有较高的要求,杂质较多的环境对成膜的质量有很大的影响。

 

三、电路图形的成型方法


1.填平法。将光刻胶涂敷或将光刻胶干膜贴附在基板表面,形成的图形,在槽中沉积金属膜层,将其填平,***将残留的光刻胶剥离。其中,正胶在曝光后可溶,但负胶在曝光后不可溶。填平法具有容易混入气泡的缺点。

 

 

 

2.蚀刻法包括化学蚀刻和薄膜光刻两种方法。湿法蚀刻是指在基板表面覆上印刷电路所需的浆料,经烧成后,涂胶,掩膜曝光,去除光刻胶,***通过有机溶剂去掉不需要的电极材料;干法蚀刻利用磁控溅射、真空蒸镀在基板表面形成薄膜,在光刻下制成电路图型,干法的膜厚***可控制、图形精细度高,但是工艺难度大、设备投资较大。

 

 

 

3.掩膜法。利用机械或光刻的方法制成掩膜,并加以定位,再由真空蒸镀方法成膜,在基板表面形成所需的电路图形。掩膜法的图形精度较高、工艺程序少,但需要预先制作掩膜。


4.喷砂法。在基板的整个表面形成膜,并在基板表面形成光刻胶图形,利用喷砂去掉多余的部分,经过剥离光刻胶后便能得到需要的电路图形,值得注意的是,喷砂过程中会产生灰尘。

 

 

厚膜技术介绍

一、基本原理

 

厚膜技术主要是指用丝网印刷的方法将导体浆料、电阻浆料或介质浆料等材料转移到陶瓷基板上,这些材料经过高温烧成后,会在陶瓷电路板上形成粘附牢固的膜。重复多次后,就会形成多层互连结构的包含电阻或电容的电路。


二、工艺流程


厚膜印刷的流程大致分为:设计制作菲林,出片打样,制作PS板,调油漆,上机印刷,磨光,裱纸,粘盒,检验,出货。


三、厚膜浆料

 

 

 

厚膜浆料主要由功能相、粘结相和载体三部分组成。


根据不同情况,功能相的材料也是有所区别的:作为导体浆料,功能相多为贵金属或贵金属混合物;作为电阻浆料,功能相多为导电性金属氧化物;作为介质,功能相多为玻璃或陶瓷。功能相决定了成膜后的电性能和机械性能,因此材料要求严格。粘结相多为玻璃、金属氧化物及玻璃和金属氧化物的结合,顾名思义,粘结相的作用就是把烧结膜粘结到基板上。不同于功能相和粘结相的粉末状态,载体是液态、是聚合物在有机溶剂中的溶液,其影响着厚膜的工艺特性,常作为印刷膜和干燥膜的临时粘结剂。

 

 

 

四、丝印工艺


随着电子电气行业微型化发展,要求厚膜电路组装密度以及布线的密度不断地提高,要求导体线条更细,线间距更窄。


目前***常用的工艺分为三种:1.采用高网孔率丝网。此工艺下线径会更细、目数更高、丝网的开口率更高、细线不易断线等特点。2.光刻或光致成图技术。先烧结成膜,再光刻成图工艺的材料通常有有机金浆、薄印金及无玻璃导体等;先光刻后成膜所采用的浆料因其具有光敏性,可以在经过曝光、显影后直接成图,省去了光刻胶步骤,且能够提高导体线条的精度。3.微机控制的直接描绘技术。此技术主要是在CAD上进行设计,然后直接在基板上描出厚膜图形,无需制版、制网,且该工艺下布线的线宽和间距可以***控制,适合小批量和多品种的生产。


五、印后加工


1.摊平。印刷后,零件需要放置5-15分钟左右。这样可以使丝网筛孔的痕迹消失;同时,印刷后的印刷膜粘度仍然比较低,需要在摊平处理后达到较高的粘度。


2.干燥处理。摊平后,零件需要在70150℃的温度范围下强制干燥15分钟左右。干燥处理对干燥设备、抽风系统、环境洁净度、干燥速率控制等具有较高的要求。


3.烧制。烧制的温度在650-670℃之间,在烧制过程中要随时调整炉温,保持浆料烧结的温度。


4.调整。通过向电路板喷砂或激光调整,对电阻值进行调整。


5.包封。大致的工艺完成后要进行包封对内接元件进行保护。

 

 

厚膜技术的进化

随着电子电气行业微型化发展,要求厚膜电路组装密度以及布线的密度不断地提高,导体线条更细,线间距更窄。但由于丝网印刷的特性,一般无法实现小于50微米(2mil)的图案,量产的实际水平多数在100um4mil)以上。厚膜技术的高精度化,如何用厚膜技术实际50um2mil)以下的超细布线,已成为极为关键的工艺技术进化节点。

 

为实现更高的精度,目前***常用的工艺分为三种:

 

1.厚膜印刷工艺:采用高网孔率丝网。此工艺的线径会更细、目数更高、丝网的开口率更高、细线不易断线。

 

2.厚膜光刻工艺:通过光刻或光致成图技术。先烧结成膜,再光刻成图工艺的材料通常有有机银浆、薄印银及无玻璃导体等;先光刻后成膜所采用的浆料因其具有光敏性,可以在经过曝光、显影后直接成图,省去了光刻胶步骤,且能够提高导体线条的精度。Thick Film Lithography就是此工艺,也是目前实际在规模化量产的高精度厚膜烧结工艺技术。

 

3.厚膜直接描绘技术:此技术主要是在CAD上进行设计,然后直接在基板上描出厚膜图形,无需制版、制网,且该工艺下布线的线宽和间距可以***控制,适合小批量和多品种的生产。

 

一、厚膜光刻技术

 

厚膜光刻技术是将光刻技术应用于传统的厚膜工艺。与传统的厚膜工艺相比,该技术使图案能够形成更精细的分辨、更高精度和平整性,并且与薄膜相比,可以达到同样的封装密度水平。

 

厚膜光刻主要有感光性浆料法和厚膜蚀刻法。

 

1.感光性浆料法

 

感光性电极浆料主要是由银粉、感光性树脂溶剂、粘合剂、分散剂、稳定剂等按一定比例调和而成。工艺步骤是:

 

用印刷法将浆料整板均匀地涂在基板上,干燥;

用紫外光进行曝光;

用碱性水溶液显影;

干燥、烧结。

 

这种工艺的特点是制作出的电极线质量好,线宽可做到小于50um。是目前已知的实现商业化应用的厚膜光刻技术工艺,也是村田用于生产LTCC器件及电感器小型化的关键工艺。

 

 

感光性浆料法厚膜光刻

 

2.厚膜蚀刻法

 

这种方法与薄膜法几乎一样,只是将镀膜换成了印刷烧结。用印刷法整板印上银浆,烧结后涂上光刻胶,经过曝光、显影,形成抗蚀图,然后用一定浓度的硝酸溶液将图型外的材料腐蚀掉,***去胶。由于银浆是在烧结后进行刻蚀的,因而不存在图形收缩问题,但整板烧结银浆,将产生应力;用浓硝酸作腐蚀液,环境污染大应考虑。

 

 

厚膜蚀刻法

 

二、厚膜光刻技术特点

 

1.技术优势

 

高精度及高解析度

极高的一致性

优异的高温性工作性能

制程简单流程短可控度高

有极高的工艺灵活更适用于少量多品类市场

工艺成本低,建设投入小

 

2.需要优化

 

在厚膜光刻工艺中对感光性浆料存在过度依赖,工艺能否实用化与相应材料的性能不可分割,材料的配套能力影响应用产品的商用化进程。

 

 

厚膜技术与薄膜技术的对比

一、工艺比较

 

 

(点击查看大图)

 

二、基板材料


陶瓷材料具有稳定性高,机械强度高,导热性好,介电性好、绝缘性好,微波损耗低等特点,是极好的微波介质材料。薄膜及厚膜技术中可以使用的基板材料有氧化铝、氮化铝、氧化铍、碳化硅、石英等陶瓷类基板。


三、应用领域


薄膜技术的光学、电学、磁学、化学、力学及热学性质使其在反射涂层、减反涂层、光记录介质、绝缘薄膜、半导体器件、压电器件、磁记录介质、扩散阻挡层、防氧化、防腐蚀涂层、传感器、显微机械、光电器件热沉等方面具有广泛的应用,其中在光电子器件、薄膜敏感元件、固态传感器、薄膜电阻、电膜、电容、混合集成电路、太阳能电池、平板显示器、声表面波滤波器、磁头等的方面具有很大的应用。


厚膜技术因其高可靠性和高性能在汽车领域、消费电子、通信工程、医疗设备、航空航天中具有较多的应用,例如:开关稳压电源电路、视放电路、帧输出电路、电压设定电路、高压限制电路,飞行器的通信、电视、雷达、遥感和遥测系统,发电机电压调节器、电子点火器和燃油喷射系统,磁学与超导膜式器件、声表面波器件、膜式敏感器件等的应用。

 

总而言之,厚膜技术与薄膜技术在部分领域(例如:片式电阻)有一定的替代,但是厚膜技术由于成本、可靠性、高温性能等方面的优势,在很多产品的制造及相关工艺中无可替代,另外LTCCHTCC等多层共烧结工艺中,无法应用薄膜技术。

 

 


近期新闻
近期新闻

版权所有:深圳市正蓝实业有限公司

正蓝浆料

产品中心

研发中心

新闻中心

人才招聘

联系我们

深圳市正蓝实业有限公司

地址:广东省深圳市光明区凤凰街道南太云创谷园区1栋1005

版权所有:深圳市正蓝实业有限公司 

在线咨询
TOP
在线咨询
在线咨询 联系方式 二维码
热线电话
0755-27906065
上班时间
周一到周五
暂无内容数据!
TOP
添加微信好友,详细了解产品
使用企业微信
“扫一扫”加入群聊
复制成功
添加微信好友,详细了解产品
我知道了