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厚膜电路丝网印刷工艺技术

 

    丝网印刷作为一种古老的印刷方法,在我国电子工业、陶瓷贴花工业、纺织印染行业得到广泛的应用。随着60年代电子时代的到来,丝网印刷被广泛地应用于印刷线路板、厚膜集成电路、太阳能电池、电阻、电容、压电元件、光敏元件、热敏元件、液晶显示元件等等的制造中,特别是进入80年代以来,各种新型材料和新技术的不断应用,与国外不断开展的技术交流,以及高精密自动化新设备的不断发展,大大提高了丝网印刷技术水平。下面仅介绍采用丝网印刷厚膜技术,制作厚膜集成电路的工艺技术  

一 集成电路概述  

集成电路大体上可分为两大类: 半导体集成电路和混合集成电路,而混合集成电路又可分为两种,一种是薄膜混合集成电路,它是应用真空喷射法的薄膜技术制造。另一种是厚膜集成电路,是应用丝网印刷厚膜技术制造。  

 所谓薄膜是指1 μm左右的膜层厚度,厚膜是指1025 μm的膜层厚度,无论是薄膜还是厚膜都有各自的优点。比如说,薄膜技术,不论是有源元件还是无源元件都是根据其各自的技术特点直接加工成集成电路。但现在厚膜技术还不能把有源元件直接加工到电路上,因此,只好把这些元件进行焊接,随着今后研究工作的进展是会实现直接加工的。此外,就成本而言,厚膜比薄膜要低得多,利用丝网印刷方法形成导体及厚膜电阻、电容,与用薄膜形成技术制作的电阻、电容器比较,用厚膜技术制造容易,可靠性好,而且所需生产设备投资少。   

厚膜集成电路丝网印刷工艺  

 

    2.1陶瓷板  

使用90%96%的氧化铝陶瓷基板,是一种以氧化铝(Al2O3)为主体的材料,有较好的传导性、机械强度和耐高温性。制作厚膜时应注意陶瓷板的材质、尺寸、粗糙度、翘曲以及表面的缺陷与污染等,并在净化间进行超声波清洗。  

2.2浆料  

有导体浆料、电阻浆料和绝缘浆料3种,浆料一般由贵金属和低熔点玻璃组成。制作浆料时要注意浆料的材质、粘度和膨胀系数等。   

印刷厚膜电路所使用的浆料,其成分有金、银、铂、钯等。上述金属粉末分散在有机树脂粘合剂中调成糊状,然后通过丝网印版印在陶瓷基板上。经高温烧制,有机树脂粘合剂被燃烧掉,剩下的几乎都是纯粹的贵金属,由于玻璃质的作用而密合在基板上。这层膜可作为厚膜线路、厚膜电阻、厚膜电容及半导体集成电路用的底层金属片。  

(1)用银做导电材料其电阻是很低的,因此有时也使用银钯、银铂的混合物做导电材料。           

(2)为了在基板上形成电阻膜,所用的电阻材料主要是银、金、钯、铙等金属粉末。           

(3)小型电容器的导电体、电极等是由重叠印刷法制造出来的。电极材料以铂金、钯金、银等为主体组成。  

    2.3 丝网印版的制作  

(1)网框 印刷厚膜电路的丝网网框多采用硬铝及铝合金,网框规格一般为100 mm×150 mm150 mm×200 mm。网框形状通常为矩形。  

(2)丝网 印刷厚膜电路的丝网多采用不锈钢丝网或尼龙丝网。一般电路印刷200300目丝网;多层布线或要求精度更高时,可采用300目以上的丝网。  

(3)感光胶: 由于厚膜电路丝印要求得到较厚的墨膜(浆料膜),所以要求使用能将光膜涂至2030 μm厚的感光胶,但显影后不得出现边缘缺陷。  

    2.4厚膜丝印  

集成电路的丝网印刷图像是微型的,要求印刷精度高,所以印刷机、印板、承印物(基板)、油墨等都需要高精度,印刷场所也一定要保持恒温,并清除尘埃。  

刮板材料一般为聚胺脂橡胶或氟化橡胶,硬度为邵氏A70°A80°。另外,选择刮板的形状及硬度时,应考虑电路板上欲印什么

图案这个因素。一般情况下,刮板刃部为90°60°,刮板角为70°75°  

印刷厚膜集成电路的丝印机有 半自动 和 全自动 两类。半自动丝印机只有基板供给是用手工完成的,其它工序自动完成,如我公司生产研发的高精密小型丝网印刷机,具有印刷精度小于0.01 mm,刮板压力和印刷速度可以调节,真空工作台xyθ三维精密调整,整机PLC控制等,各项指标均达到或超过国外同类设备技术水平,是国内厚膜集成电路生产厂家的首选设备。  

2.5厚膜电路的印后加工  

一般印刷厚膜电路板,首先进行导体印刷,再反复印刷电阻23次,有时根据情况可适当交叉进行玻璃涂层的印刷,在印刷后还要进行下述加工或处理。  

(1) 摊平过程: 印刷后将印刷品放置57 min至网纹消失为止。  

(2) 干燥处理: 100 左右的温度进行干燥。  

(3) 烧制: 用约650670 的温度进行烧制。这一道工序非常重要,所以要随时调整炉温,保持适合浆料烧结的温度。  

(4) 调整: 调整电阻值,一般采用向电路板喷砂或用激光调整电阻体的方法进行调整。  

(5)包封: 对制成的内接元件起到保护作用。  

2.6厚膜电阻器丝印制作工艺  

厚膜印刷与一般丝网印刷相似,只是厚膜印刷的产品是厚膜电阻器、电容器等电路元件。厚膜电阻器的精度、电气稳定性和可焊性等技术指标,与厚膜丝印质量有关,墨膜厚度有微小变化,产品就不能使用。因此,厚膜电阻器膜厚的均匀性将直接影响产品的成品率。   

普通的厚膜电阻器是厚度约20 μm的立方体,如果控制其厚度一定,则可用长宽之比来决定该电阻器的电阻值。厚膜电阻器的长宽比以最大101至最小110,对电阻值相同的印刷油墨(电阻浆料),其面电阻只能在101/10范围内变化。要想获得这一范围以外的电阻值,则必须改用电阻值不同的浆料。

目前,我国丝印技术的应用虽然越来越广泛,但与国外先进技术水平相比,还有较大差距,本文较详细地论述了厚膜集成电路丝网印刷工艺技术的全过程,当然,优良的丝网印刷产品除了工艺技术因素之外,还得鉴于先进的机械设备,希望本文在印刷工作者中起到参考或借鉴作用,力求促进我国丝网印刷事业的大发展。 

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