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厚膜光刻工艺浅析

IC与传统工艺之间的鸿沟：1μm-50μm量产制造严重脱节，半导体产线极为昂贵，基本上都是为晶圆代工，企业内部无法承担；传统喷墨丝网印刷精度达不到要求。本章主要介绍厚膜光刻工艺，相信厚膜光刻工艺会成为亚微米级量产制造电路的主要解决方案。

随着5G到来，各种智能终端将大幅增加电感的用量，电感是电路必备的被动元件之一，主要用于电源转换、滤波和信号处理等。以5G手机为例，手机内的电感用量比4G手机增加了20-30%，在手机空间不变的情况下，器件会更加微小化。4G手机主要应用的电感规格为0201电感，目前，5G手机切换为规格更小的01005电感，轻薄短小是电子元器件的发展趋势。

各种规格电感比较（来源：村田制作所官网）

厚膜光刻技术介绍

将高精度绕线技术、小尺寸磁芯成型技术与高频绕线产品的共性技术相结合，以实现小型化。具体产品而言，采用创新技术的精细布线工艺是关键之一。

Thickfilmlithography工艺流程及产品示例（来源：村田制作所官网）

ThickFilmLithography是村田近年来开发的创新工艺技术之一，也是其专门为多层陶瓷器件高精度金属化电路制造研发的专用技术。从技术路径上ThickFilmLithographyProcess改进了原有的直接印刷工艺，使精度一致性等得到巨大提升。

在电子陶瓷产品的生产过程中，印刷工艺已经成为一项不可或缺的工艺手段，如低温共烧陶瓷(LTCC)、高温共烧陶瓷(HTCC)、片式多层陶瓷电容器(MLCC)等，在生产过程中都大量采用了印刷工艺。微电子产品小型化、轻量化的要求，促使电子封装技术向高集成度、高封装密度的方向发展，这就要求电路中导体线条和线间距越来越小、分辨率越来越高，如何升级印刷工艺达到更高的精度和分辨率将会成为产业最重要的技术高地。基于以上制造原理可以发现，LTCC的烧结工序制约了镀膜技术的使用，而ThickFilmLithographyProcess是目前发现的极少数适应高温烧结金属化方式的高精度光刻量产工艺路线。

针对工艺相配套的材料，东丽（TORAY）已开发适用于“Thickfilmlithography”工艺的电子浆料产品。并且在不同的行业领域做了应用：

感光金属浆料在电子元件中的应用（来源：东丽官网）

通过丝网印刷、辊涂等将感光金属浆料均匀涂抹在板上后，用光刻形成所需的图案，然后再使用800°C或更高的烘烤步骤来烧结图案。

感光金属浆料在手机触摸布线中的应用（来源：东丽官网）

感光金属浆料在金属网格中的应用（来源：东丽官网）

通过对比我们发现，在不同领域中应用时，除了后段烧结工艺不同，前段工艺都是相同，那么这项工艺技术有哪些优势，还有哪些应用？我们不妨从它的技术原理和工艺流程开始探究。

“ThickFilmLithography”字面上直译为“厚膜光刻”或“厚膜光蚀”。事实上，“厚膜光刻”虽然目前应用的领域没有达到广泛普及的程度，只是应用于业内前沿产品，但也是业界熟知的工艺，早在上世纪末，该技术已有针对PDP的商业化应用，国内外已开始相关研究。

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。

1.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。

2.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。

3.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MO、CVD、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，