微电子封装中的薄膜技术.ppt

第四章：微电子封装中的膜技术 一.电子封装工程中至关重要的 膜材料及膜技术 薄膜与厚膜 膜及膜电路的功能 薄膜材料 薄膜成膜方法 厚膜材料 厚成膜方法 电路图形的成型方法 1.薄膜与厚膜 相对于三维块体材料，从一般意义上讲，所谓膜，由于其厚度尺寸很小，可以看做是物质的二维形态。 按膜厚对膜的经典分类认为，小于1μm的为薄膜 大于1μm的为厚膜。 按制作方法分类，由块体材料制作的，例如经轧 制、锤打、碾压等，为厚膜；而由膜的构成物 （species）一层层堆积而成的为薄膜。 按存在的形态分类，只能形成于基体之上的为薄 膜（包覆膜），不需要基体而独立成立的为厚 膜（自立膜）。 2.膜及膜电路的功能 其主要功能有： 电气连接、元件搭载、特殊功能、表面改性。 电气连接 印制线路板（PWB）的发明，使电路及膜的形式与基板作为一体，元器件搭载在基板上并与导体端子相连接，使整个系统的小型化、高性能、低功耗、高可靠性及经济性能方面有重大提高。 元件搭载 芯片装载在封装基板（interposer）上，无论采用引线键合方式还是倒装片方式，都离不开焊接盘；元器件搭载在基板上，特别是LSI封装体实装在基板上，无论采用DIP、SMT、COX、MCM等那种方式 都离不开导体端子。焊盘、端子都时膜电路的一部分。 表面改性 如同在LSI元件表面沉积SiO2、Si3N4等钝化膜用于绝缘、保护一样，在电子封装工程中也广泛用膜层作表面改性。例如金属被釉基板、有机或无机绝缘层包覆的金属芯基板等。如，在塑料表面电镀金属以增加耐磨性、降低接触电阻等，常用的方法有镀铑、镀金等。 特殊功能 是泛指除电气连接、元件搭载、表面改性以外的所有其他功能，其中电阻膜、绝缘膜、介电质膜在电子封装中屡见不鲜。 二. 厚膜材料 厚膜导体材料 厚膜电阻材料 厚膜介质材料 厚膜功能材料 1. 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。厚膜与基板的附着力或由导体金属自身的化学结合来实现，或由导体中添加百分之几的玻璃来实现。 对厚膜导体金属的要求有： 厚膜导体材料 一些主要的厚膜导体： Ag： 最大的特点是电导率高，但其与基板的附着 强度、焊接特性等存在问题。焊接后的Ag厚膜导体，随时间加长及温度上升，与基板的附着强度下降。这是由于Ag与玻璃层间形成Ag-O键，以及与焊料扩散成分生成Ag3Sn所致。为了防止或减少Ag3Sn的发生，或者使Ag膜加厚，或者在Ag上电镀Ni。 最大的缺点是易迁移。是由于Ag与基表面吸附的水份相互作用，形成不稳定的AgOH，易氧化析出Ag。添加Pd或Pt抑制。 一些主要的厚膜导体： Ag-Pd； Ag中添加Pd，当Pd/(Pd＋Ag)0.1左右时即产生效果。Ag/Pd比一般控制在（2.5:1）~（4.0:1）。 Ag/Pd比与厚膜的电阻值及耐焊料浸蚀关系如下图1： 为提高Ag-Pd导体的焊接浸润性，以及导体与基板的结合强度，需要添加Bi2O3。烧制时，部分Bi2O3溶入玻璃与Al2O3发生化学反应，随Bi离子含量的增加，膜的结合强度增大。见图2。 一些主要的厚膜导体： 厚膜导体的断面结构模型： 一些主要的厚膜导体： Cu： 与贵金属相比，Cu具有高导电率，可焊接，耐迁移性、耐焊料浸蚀性好，价格便宜。但是，Cu在大气中烧成会氧化，需要在N2气氛中烧成，其中的氧含量应控制在几个ppm（即10-6）以下。 烧制时，Cu表面生成的氧化膜可以使导体电阻升高，也可使基板的附着力增强。可在无氧化Cu粉中，按一定比例混入表面多少发生一些氧化的Cu粉，在不增加导体电阻的同时，可使附着力增加。 2. 厚膜电阻材料 到目前为止，以发表各类电阻体浆料多以Pd-Ag、Ti2O3，添加Ta的SnO，碳黑，RuO2，MoO3等为主导电成分，经大气中燃烧成各种各样的厚膜电阻体。目前使用最多的是RuO2系，它的组成单纯而稳定。 伴随着高热导基板的开发，在N2中烧成用的LaB6，SnO2系还有各类硅化物系等电阻体也先后发表。 3. 厚膜介质材料 通常分为HK（高介电常数）介电体和LK （低介电常数）介电体。 前者介电常数在数百以上，主要用于厚膜电容器的介电质，后者的K值在10以下，多用于表面钝化