03厚膜沉积技术.ppt

第三章 厚膜沉积技术 所有的厚膜浆料都有两个共同的一般特征： 1.它们都是符合非牛顿流变学的粘性流体，适合丝网印刷。 牛顿流体的研究对象是水或气体等小分子流体，牛顿流体定律中的比例系数即粘度是一个不变的常数，这类流体称为“牛顿流体”。随着现代科学技术的发展，出现了大量新型流体，若套用牛顿流体公式，会发现它们的粘度不再是一个不变的常数，人们将这类流体称为“非牛顿流体”。 例如，当我们在油漆家具或粉刷墙面时，希望涂层越均匀越平整越好。但在垂直面上要做到这一点并不容易。其实，油漆和涂料就是非牛顿流体，它们的粘度是可变的。我们选定油漆、涂料的配方时，可使油漆或涂料在涂刷时粘度很小，而一旦刷子离开，粘度又变得很大，不会自行下流。这样既涂刷省力又质量上乘。涂料的这种特殊性质，用术语就称为“触变性”。 也就是说，涂料或油漆这种非牛顿流体当有外力作用时粘度变得很小，没有外力时又变得很大，具有这种流变性能的流体称为“剪切变稀流体”。 2.厚膜浆料都由两类不同的多组份相组成，一类相用于实现厚膜的电学和机械特性，一类载体相提供适当的流变性。 常规的厚膜浆料有四个主要成分： a. 形成膜功能的有效成分 b. 提供基板与保持活性粒子悬浮状态的结合料之间粘结的粘结相 c. 提供合适的流体特性以适用于丝网印刷的有机粘合剂 d. 调节载体相粘性的溶剂或稀释剂 a. 有效成分 浆料中的有效成分决定了烧结厚膜的电学特性。若有效成分是金属，烧结厚膜将会是导体；若是导电的金属氧化物，烧结膜将会是电阻；若是绝缘体，烧结膜将会是电介质。 有效成分一般是颗粒尺寸在1~10微米之间的粉末，平均直径在5微米左右。 颗粒的表面形貌可根据制作金属粒子方法不同有很大差别，球形、薄片状或圆形的颗粒均可由粉末制造工艺得到。必须严格控制粒子形态、尺寸和分布状态以保证烧结膜性能的均匀性。 b. 粘结成分 有两种主要的成分用于厚膜与基板的粘结：玻璃和金属氧化物，两者可以单独使用，也可以混合使用。采用玻璃或玻璃料作为粘结的成份的厚膜也称为玻璃釉材料。它有两种粘结机理，即化学反应和物理反应。 在化学反应中，熔融的玻璃在一定程度上和基板上的玻璃相发生化学反应。 在物理反应中，在基板不规则的表面流动，流入孔和气孔中，紧缚在基板表面的细小露头上。 总的粘结强度是两种因素的总和。在热循环过程中，物理结合比化学结合更易受影响而退化，在应力作用下先断裂。 第二类材料利用金属氧化物提供和基板的粘结。纯金属如铜或镉和浆料混合并且与基片表面氧原子发生反应生成氧化物。烧结使膜层、氧化物和基板发生熔接。但是，金属氧化物的生成需要很高的温度(950~1000摄氏度)，成为此方法一大缺陷。 第三类材料同时利用氧化物和玻璃，典型的氧化物材料是ZnO或CaO, 同时加入玻璃来增加粘结强度和降低反应温度。它结合了两种技术的优点，可在低温下烧结。 c. 有机粘合剂 有机粘合剂一般是触变流体，使用它有两个目的：在膜烧结前，使有效成份和粘结成份保持悬浮状态，同时，在丝网印刷过程中使浆料具有合适的流体特性。 有机粘合剂一般都是不挥发的有机物，它不蒸发，但在350摄氏度左右会开始燃烧。在烧结过程中粘结剂必须完全被氧化，才不会产生玷污表面的碳。 用作有机粘合剂典型的材料是乙基纤维素和各种丙烯酸酯类。 d. 溶剂或稀释剂 有机粘合剂太稠，不能进行丝网印刷，还需加入溶剂和稀释剂。 稀释剂要比粘合剂挥发性强，约100摄氏度以上就很快挥发。 溶剂中还要加入增塑剂、表面活化剂和能改变浆料触变特性的触变剂以改善浆料性能和印刷特性。 典型的稀释剂主要成分是松油醇、丁基卡必醇等醇类合成物。 厚膜材料的特性与选择 一、厚膜导体材料 厚膜导体中的导体材料分为贵金属和贱金属两大类。对于厚膜导体金属 的要求主要有以下几点： 1) 电导率高,TCR小； 2) 与玻璃不发生反应，不向厚膜介电体及厚膜电阻体中扩散； 3) 与介电体及电阻体的相容性好； 4) 不发生迁移现象； 5) 可以焊接及引线键合; 6) 不发生焊接浸蚀； 7) 耐热循环； 8) 资源丰富，价格便宜。 选用导体时，通常要进行下述试验: 1) 测定电阻值(按需要有时也包括TCR) 2) 浸润性。测量导体膜上焊料液滴的展宽直径。 3) 耐焊料浸蚀性。将导体膜反复浸入焊料液体中，测量到明显发生浸蚀的浸入次数。 4) 迁移性。在导体图形间滴上水滴，并施加一定的电压，测量达到短路经过的时间。 5) 结合强度。在导体膜上焊接引线，沿垂直于膜面方向拉伸，测量拉断时的强度，确定破断位置，分析断面形貌结构等。 6) 热老化后