厚膜2-羅文博

1、四四 厚膜電阻材料厚膜電阻材料一）概述一）概述 厚膜電阻是厚膜電路中發(fā)展最早、工藝最成熟、應(yīng)用也最廣泛的元件之一，而電阻漿料在電路中的應(yīng)用僅次于導(dǎo)體漿料。厚膜漿料的組成：（1）功能相（如Ag,Pd,RuO2,M2Ru2O6-7等）；（2）粘結(jié)相（如鉛、硼、鋁硅酸鹽玻璃等）；（3）有機(jī)載體（如有機(jī)樹脂與溶劑等）和改性劑p1940年代，開始研制厚膜電阻器。p1950年左右，杜邦公司發(fā)展了Pd/Ag-PdO為主的厚膜電阻漿料，p1960年代以后，厚膜電阻器開始進(jìn)入實(shí)用階段，出現(xiàn)了RuO2電阻漿料p1970年代出現(xiàn)了釕酸鹽系電阻漿料，后又研制以賤金屬為導(dǎo)電相的厚膜電阻漿料。二）厚膜電阻漿料的配制二）厚

2、膜電阻漿料的配制關(guān)鍵是原材料與中間體的制造技術(shù)和配方。只有在這兩個關(guān)關(guān)鍵是原材料與中間體的制造技術(shù)和配方。只有在這兩個關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，才能保證電阻漿料的配制與生產(chǎn)的一致性、鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，才能保證電阻漿料的配制與生產(chǎn)的一致性、重現(xiàn)性。重現(xiàn)性。1原材料性能要求原材料性能要求外觀、金屬雜質(zhì)、水含量、折射率、粘度、固體含量。2中間體及其性能要求中間體及其性能要求對玻璃粉：組分、金屬雜質(zhì)、比重、顆粒粒徑大小及分布、比表面積（m2/g）、軟化點(diǎn)和膨脹系數(shù)等方面的要求。對金屬粉：純度、金屬雜質(zhì)、顆粒形貌、比重、顆粒粒徑大小及其分布和比表面積（m2/g）.對有機(jī)載體：粘度、顏色、透明度改性劑金 屬 粉 或

3、金 屬 氧 化物粉玻璃粉有 機(jī) 載體改性劑 混料三 輥 軋機(jī)軋料漿料成品包裝有 很 高的 剪 切力 ， 使團(tuán) 粒 瓦解 ， 混料均勻按 配 方稱量3 生產(chǎn)工藝流程圖生產(chǎn)工藝流程圖 物理性檢驗(yàn)，包括固體含量、粘度和細(xì)度 功能性檢驗(yàn)，包括印刷特性、方阻以及TCR。 三）厚膜導(dǎo)電材料的性能三）厚膜導(dǎo)電材料的性能1方阻方阻2電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)3電阻電壓系數(shù)電阻電壓系數(shù)4噪聲噪聲5穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性和可靠性1方阻:厚膜電阻示意圖：當(dāng)l=w時：R= s = v /t 稱為方阻，單位是 /。方阻s與材料的特性(v)及電阻體厚度（t）有關(guān)電阻體lt端頭wwltSlRvv在lw時，R= v/t *l/w

4、 = s*l/w比值l/w 無量綱，可用N表示（令N=l/w）， N稱為電阻的“方數(shù)” （即長寬比）因而膜電阻值R表示為R= s.N，即膜電阻的大小等于“方阻”與“方數(shù)”的乘積。如：N=l/w=3若方阻s =1k/，則此厚膜電阻R= 31k/ = 3 kl=3w=1影響方阻的因素 材料的組成 厚膜漿料中的功能相、粘接相等的比例 工藝條件： 絲網(wǎng)數(shù)目越小，網(wǎng)孔越大，膜層越厚，方阻越小 燒結(jié)條件（tC，保溫時間，氣氛， .） 漿料的流變性 厚膜漿料配方一般采用10進(jìn)制方阻進(jìn)行生產(chǎn)。2 電阻溫度系數(shù)反映阻值隨溫度變化的特性，通常用TCR表示。TCR=1/R*(dR/dT)表示溫度每變化1時電阻的相對

5、變化值TCR平均=(R2-R1)/R1*(T2-T1)=(R2-R1)/R1*T表示在一定溫度范圍內(nèi)溫度每變化1時電阻的平均變化值，其中參考溫度T1為25，T2一般規(guī)定為125或-55。方阻較低的材料有較大的正值，方阻高的材料有較大的負(fù)值。方阻較低的材料有較大的正值，方阻高的材料有較大的負(fù)值。不僅要求單個電阻器的不僅要求單個電阻器的TCR小，同樣要求各電阻器的小，同樣要求各電阻器的TCR一致。一致。3 電阻電壓系數(shù)電阻電壓系數(shù)厚膜電阻材料具有電阻非線性特性電阻電壓系數(shù)反映阻值隨外加電壓變化的特性。規(guī)定V2為電阻器的最大工作電壓，V1=0.1V2， 測量Ku= (Rv2-Rv1)/Rv1來表征電

6、阻的電壓系數(shù)通常情況下Ku為負(fù)值，方阻較低的材料有較大的正值，方阻高的材料有較大的負(fù)值。在規(guī)定電壓范圍內(nèi)，電壓每變化1V時阻值的相對變化VCR= (Rv2-Rv1)/Rv1 *(V2-V1)4 噪聲噪聲噪聲是在電阻中產(chǎn)生的不規(guī)則微小電壓起伏。 熱噪聲 不規(guī)則熱運(yùn)動引發(fā)的噪聲 電流噪聲 導(dǎo)電顆粒機(jī)械振蕩產(chǎn)生的噪聲，增長電阻體、減小顆粒尺寸、提高接觸電阻等方法降低電流噪聲 噪聲與外加電壓相關(guān)，工程上采用噪聲電動勢與外加電壓的比值表示：D=eR/U目前使用最多的是RuO2系厚膜電阻RuO2系厚膜電阻特點(diǎn): 阻值范圍 1/ 10M / 溫度系數(shù)TCR 100ppm/C 穩(wěn)定性好 熱、環(huán)境穩(wěn)定性均好5

7、穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性是指電阻的各項(xiàng)參數(shù)在工作和儲存環(huán)境中，不隨環(huán)境條件變化和自身老化而變化?？煽啃允侵冈谝?guī)定條件和預(yù)定時間內(nèi)完成規(guī)定功率的幾率。 電阻的產(chǎn)生電阻的產(chǎn)生: 材料結(jié)構(gòu)對載流子的散材料結(jié)構(gòu)對載流子的散射。電阻的來源是周期性勢場的畸變或破射。電阻的來源是周期性勢場的畸變或破壞，而導(dǎo)致畸變的因素有：聲子、晶格振壞，而導(dǎo)致畸變的因素有：聲子、晶格振動、點(diǎn)缺陷、位錯；應(yīng)力畸變區(qū)；晶界、動、點(diǎn)缺陷、位錯；應(yīng)力畸變區(qū)；晶界、相界、表面、雜質(zhì)等。相界、表面、雜質(zhì)等。四）厚膜電阻的導(dǎo)電機(jī)理四）厚膜電阻的導(dǎo)電機(jī)理1、RuO2的電阻的電阻-溫度曲線溫度曲線測定RuO2與厚膜電阻的R-TC曲

8、線如下： 圖 RuO2的R-T曲線ADMTATMTD1.031.041.011.001.02tC2厚膜電阻體的微觀結(jié)構(gòu)厚膜電阻體的微觀結(jié)構(gòu)RuO2電阻體中作為導(dǎo)電相（功能相）的RuO2顆粒（RuO2 ，=510-5.cm），相互接觸而形成導(dǎo)電鏈。厚膜電阻表面層 Al2O3基片 導(dǎo)電鏈模型全貌C 玻璃膜CB 空氣隙A 直接接觸導(dǎo)電鏈位壘隧道效應(yīng)模型這些RuO2微粒之間的接觸情況有以下三種：導(dǎo)電顆粒的直接接觸（A） 導(dǎo)電顆粒有一定的間隙存在（B）導(dǎo)電微粒間有一層玻璃薄層（C）FnRC在電流通過薄膜電阻時，電子（載流子e）由15運(yùn)動，阻礙載流子運(yùn)動的因素有：導(dǎo)電顆粒直接接觸的電阻（Rc）（A情況下）

9、RuO2的材料電阻率壓縮極限強(qiáng)度 F 接觸壓力；n接觸點(diǎn)數(shù)、由材料自身性質(zhì)決定； n由顆粒形狀、尺寸、表面狀況、燒結(jié)條件決定。 在、n、一定條件下，接觸電阻隨F 增大而減小，影響F的因素有顆粒表面狀態(tài)，玻璃、RuO2、基片三者的線脹系數(shù)的差異等。位壘電阻（B、C情況）無論是存在空隙的B或隔有玻璃層的C狀態(tài)，載流子需要通過一定高度的勢壘（如圖所示）圖中為位壘的高度，Ex表示電子的能量當(dāng)載流子能量Ex 時，載流子可越過位壘而從一導(dǎo)電粒子到達(dá)另一導(dǎo)電粒子而傳導(dǎo)電流另一情況是當(dāng)位壘寬度0A較窄時（近于原子尺寸），則因電子具有波動性，由“隧道效應(yīng)”可穿過位壘而導(dǎo)電但當(dāng)0A100時，隧道效應(yīng)接近于零Ex

10、0AX圖 夾層接觸位壘示意圖3.杯型曲線的解釋杯型曲線的解釋 由于RuO2電導(dǎo)率高（=510-5.cm），因此，導(dǎo)電微粒間的關(guān)系與M-I-M相似，兩個導(dǎo)電顆粒之間的電阻可表示為： R=Rm+Rx (Rm功能相電阻；Rx 位壘電阻)T1Rx 玻璃是金屬氧化物，TCR為負(fù)（NTC）（Rx)導(dǎo)電相RuO2卻有正的TCR（PTC）(Rm)mRT在高溫下（TD）Rm的變化Rx的變化，故總電阻增大，在低溫下（TA）Rx的變化 Rm的變化，故總電阻還是上升（R/R1）。在TM點(diǎn)，位壘電阻Rx與功能電阻Rm的變化相近，正負(fù)相反抵消，故溫度系數(shù)（TCR）最小。 4“導(dǎo)電鏈導(dǎo)電鏈位壘位壘隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)”模型的缺

11、點(diǎn)模型的缺點(diǎn) 厚膜電阻體中微孔對電阻的影響 燒結(jié)溫度（約8500C）下各成分之間的反應(yīng) 導(dǎo)電功能相顆粒的影響 五）貴金屬厚膜電阻材料五）貴金屬厚膜電阻材料1PdAg電阻材料 Pd、Ag，硼硅酸鹽鋁玻璃，有機(jī)載體，760 C燒成。 方阻10 100k/，TCR500ppm/C(Pd,Ag比在1.5:11:1.5) 對燒成條件非常敏感，TCR較大、噪音高。 目前僅在一般的民用設(shè)備中采用，在高可靠性的裝置中已不再使用。2. Pt族電阻材料 這類電阻材料主要用Pt、Ir，Rh等貴重金屬作電阻材料。燒成溫度980C。方阻110M/，TCR200ppm/ C 。性能好，價格昂貴，只在某些特殊場合下使用。3

12、.Ru系電阻材料目前應(yīng)用最廣泛的貴金屬電阻材料RuO2 電阻率=510-5.cm TCR為正值 方阻 1010M/ ，TCR=100ppm/C 燒成溫度約為760850CRuO2電阻的典型組成范圍是： RuO2 540wt% , 玻璃 6095wt% Bi2Ru2O7 =2.310-5.cm TCR 為正值。 燒成溫度750C，方阻101M/，TCR=100ppm/CBi2Ru2O7與玻璃重量之比在1:0.251:1.5 玻璃的組分為B2O3 10% ；SiO2 25%；PbO 65% Pb2Ru2O6 10-410-5.cm 燒成溫度 500600C，其它性能與Bi2Ru2O7相近。六）賤金

13、屬厚膜電阻材料 以賤金屬代替貴金屬是厚膜電路材料的一個發(fā)展方向，但只有少數(shù)達(dá)到實(shí)用化程度。1. MoO2系電阻材料 由MoO3、B及玻璃材料組成(在燒成過程中，MoO3與B作用被還原成MoO2并以針狀結(jié)晶析出，重疊成樹枝狀結(jié)構(gòu)，在整個膜內(nèi)形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)） 方阻30100K/，TCR350ppm/C，燒成溫度720 760C2. LaB6 電阻材料 是目前達(dá)到實(shí)用的賤金屬材料 LaB6是一種高硬度、高熔點(diǎn)化合物，藍(lán)紫色晶體（立方晶系），熔點(diǎn)2530C， TCR（0100C）2680ppm/C 密度4.72 =1.510-3.cm80年代杜邦公司開發(fā)出高性能的6400系LaB6電阻漿料，燒成溫度

14、900C，方阻范圍101M/，TCR150ppm/C3.MoSi2電阻材料性能與Pd-Ag相近，但耐高溫，抗還原性氣氛。 MoSi2 21.6.cm，TCR 6300ppm/C，方阻10200K/， TCR500ppm/C噪聲 -15+14dB，燒成溫度780C4.其他賤金屬帶電阻材料 SnO2 Tl2O3 CuO-Cu2O，CdO，In2O3，TaN-Ta，TiN-Ti，WC-W等。七)聚合物厚膜電阻材料 以碳墨和樹脂為主要成分的一種電阻材料，與聚合物導(dǎo)體材料相類似。漿料是由導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑和溶劑制成，一般在100250C固化成膜。 導(dǎo)電相：碳墨和石墨、低阻中摻入適量的銀； 粘接劑：熱固性樹

15、脂，環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等； 溶 劑：松節(jié)酒，丁基卡必醇； 方 阻：101M/ ，TCR-300ppm/C。一）、概述一）、概述厚膜介質(zhì)材料主要用來作厚膜介質(zhì)材料主要用來作厚膜電容介質(zhì)，多層布線厚膜電容介質(zhì)，多層布線和交叉布線介質(zhì)、電路的保護(hù)層和包封介質(zhì)和交叉布線介質(zhì)、電路的保護(hù)層和包封介質(zhì)等。第等。第一支印刷電容器（厚膜電容器）在一支印刷電容器（厚膜電容器）在1964年出現(xiàn)。年出現(xiàn)。組成：組成：厚膜介質(zhì)是用陶瓷粉料、玻璃和有機(jī)載體等厚膜介質(zhì)是用陶瓷粉料、玻璃和有機(jī)載體等組成的漿料印刷在基板上，經(jīng)燒結(jié)后制成的。在燒組成的漿料印刷在基板上，經(jīng)燒結(jié)后制成的。在燒結(jié)過程中，有機(jī)載體被燒掉，而玻璃將陶瓷

16、等材料結(jié)過程中，有機(jī)載體被燒掉，而玻璃將陶瓷等材料粘接在基板上，形成介質(zhì)膜。粘接在基板上，形成介質(zhì)膜。五五 厚膜介質(zhì)材料厚膜介質(zhì)材料性能要求性能要求1介電常數(shù)介電常數(shù)多層布線和交叉布線介質(zhì)要求材料的介電常數(shù)小。多層布線和交叉布線介質(zhì)要求材料的介電常數(shù)小。對電容器等用的介質(zhì)膜則需要介電常數(shù)大。對電容器等用的介質(zhì)膜則需要介電常數(shù)大。2燒結(jié)特性燒結(jié)特性燒結(jié)時無明顯擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)燒結(jié)時無明顯擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)熱膨脹系數(shù)匹配，與上電極實(shí)現(xiàn)共燒。熱膨脹系數(shù)匹配，與上電極實(shí)現(xiàn)共燒。3 其他特性其他特性耐壓強(qiáng)度高耐壓強(qiáng)度高 ，絕緣電阻大，損耗小，電容溫度系數(shù)小，絕緣電阻大，損耗小，電容溫度系數(shù)小結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)厚膜介質(zhì)是

17、印刷在基板上的漿料經(jīng)烘干、燒結(jié)等工藝后制成的。有機(jī)載體被燒掉，而玻璃將陶瓷等材料粘接在基板上，形成介質(zhì)膜。厚膜介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其電學(xué)性能密切相關(guān)厚膜介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其電學(xué)性能密切相關(guān)厚膜中氣孔導(dǎo)致局部擊穿或短路厚膜中氣孔導(dǎo)致局部擊穿或短路玻璃中的玻璃中的Bi2O3通過電化學(xué)反應(yīng)被還原導(dǎo)致短路通過電化學(xué)反應(yīng)被還原導(dǎo)致短路影響厚膜介質(zhì)性能的因素：影響厚膜介質(zhì)性能的因素：1原材料的純度原材料的純度 一般來說，原材料的純度愈高，則耐壓強(qiáng)度、絕一般來說，原材料的純度愈高，則耐壓強(qiáng)度、絕緣電阻、損耗等性能就會越好。緣電阻、損耗等性能就會越好。2玻璃的成分、含量玻璃的成分、含量： 玻璃含量增加，膜的介電常數(shù)下降玻璃

18、含量增加，膜的介電常數(shù)下降(因因 玻玻?。?，還小），還可減少厚膜介質(zhì)中的氣孔，如果玻璃的含量大于可減少厚膜介質(zhì)中的氣孔，如果玻璃的含量大于25%（體積），就能有效的消除厚膜介質(zhì)中的氣孔。（體積），就能有效的消除厚膜介質(zhì)中的氣孔。3 陶瓷顆粒的成分陶瓷顆粒的成分 這些陶瓷顆粒（一般均為鐵電陶瓷）成分和這些陶瓷顆粒（一般均為鐵電陶瓷）成分和結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，很容易發(fā)生化學(xué)偏離，這種化結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，很容易發(fā)生化學(xué)偏離，這種化學(xué)偏離會引起介質(zhì)膜損耗增大，絕緣電阻減小。學(xué)偏離會引起介質(zhì)膜損耗增大，絕緣電阻減小。4 粉料的顆粒大小和形狀粉料的顆粒大小和形狀600050004000300020001000

19、(23 C)0.010.1110晶粒尺寸晶粒尺寸（ m）BaTiO3介電常數(shù)與晶粒尺寸關(guān)系介電常數(shù)與晶粒尺寸關(guān)系正確選擇顆粒尺寸正確選擇顆粒尺寸顆粒尺寸均勻，分布集中顆粒尺寸均勻，分布集中通常通常1-10m為宜為宜典型的介質(zhì)材料性能介質(zhì)類介質(zhì)類型型交叉及多交叉及多層布線介層布線介質(zhì)質(zhì)電容器介質(zhì)包封介質(zhì)包封介質(zhì)高介高介中介中介低介低介燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度（0C）900925850105085010508501050475525 91211001500350500912915tg（%）0.10.32.02.0400400絕緣電阻絕緣電阻（）10121012*厚度3040m 二）交叉及多層布線介質(zhì) 在同

20、一塊基片上要構(gòu)成高密度封裝的電路，導(dǎo)體間必然會互相交叉，為使電路能正常工作，兩交叉導(dǎo)體之間必須有絕緣體，通常在兩導(dǎo)體交叉處，局部印刷一層絕緣介質(zhì)，形成交叉布線結(jié)構(gòu)。在上下層間用通孔連接，以達(dá)到多層化。Rs、Rv越小，通過漏電阻造成越小，通過漏電阻造成的直流耦合效應(yīng)就越強(qiáng)。的直流耦合效應(yīng)就越強(qiáng)。跨接電容跨接電容C越大，交流信號通越大，交流信號通過跨接電容產(chǎn)生的影響就越嚴(yán)過跨接電容產(chǎn)生的影響就越嚴(yán)重。重。1 對交叉和多層布線介質(zhì)的基本要求是：絕緣電阻和強(qiáng)度（耐壓）高（防止漏電或擊穿短路）；介電常數(shù)?。ㄒ悦馍稀⑾聦右蚣纳娙荻l(fā)生交流耦合，高速和高頻電路: 46，低頻電路: 814）；介質(zhì)損耗??；多

21、次燒結(jié)后不變形；燒成膜無氣孔，表面平整；與其它厚膜元件有相容性，在膜上能印燒導(dǎo)體和其他各種厚膜元件。2 分類分類 玻璃玻璃多層介質(zhì)中采用的典型玻璃是硼硅酸鋁玻璃，并加入各種少量的添加物以達(dá)到所需的各種性能。材料的組分及含量(wt%)為BaTiO3，83；SiO2，6；P2O5，6；Ba2O3，3；Al2O3，2。玻璃的軟化溫度范圍寬，布線層數(shù)多時需要選用玻璃的軟化溫度范圍寬，布線層數(shù)多時需要選用不同的玻璃做隔離介質(zhì)，工藝復(fù)雜、成品率低不同的玻璃做隔離介質(zhì)，工藝復(fù)雜、成品率低。2.5 厚膜介質(zhì)材料厚膜介質(zhì)材料 玻璃玻璃陶瓷介質(zhì)陶瓷介質(zhì) 這種介質(zhì)在第一次高溫?zé)Y(jié)時，陶瓷均勻地分布在玻璃中，這種介質(zhì)

22、在第一次高溫?zé)Y(jié)時，陶瓷均勻地分布在玻璃中，增加了玻璃的粘度，如果再高溫重?zé)龝r，陶瓷逐漸熔于玻增加了玻璃的粘度，如果再高溫重?zé)龝r，陶瓷逐漸熔于玻璃，使玻璃的軟化溫度又有提高，因而每次燒結(jié)都不會產(chǎn)璃，使玻璃的軟化溫度又有提高，因而每次燒結(jié)都不會產(chǎn)生流動現(xiàn)象。這種性能在多層化厚膜電路中有很大的優(yōu)越生流動現(xiàn)象。這種性能在多層化厚膜電路中有很大的優(yōu)越性。性。既消除了陶瓷介質(zhì)的既消除了陶瓷介質(zhì)的多孔結(jié)構(gòu)，多孔結(jié)構(gòu)，又克服了玻璃介質(zhì)的又克服了玻璃介質(zhì)的過流過流現(xiàn)象現(xiàn)象具有更高的尺寸精度具有更高的尺寸精度BaO-PbO-Al2O3-TiO2-SiO2BaOBaO、AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2

23、2是骨架材料。是骨架材料。TiOTiO2 2是晶核形成劑，其含量對性能有重要影響。是晶核形成劑，其含量對性能有重要影響。PbOPbO是助熔劑。是助熔劑。主晶相是鋇長石（主晶相是鋇長石（BaAlBaAl2 2SiSi2 2O O3 3）還有少量的）還有少量的AlAl2 2TiOTiO5 5晶體。晶體。介電常數(shù)介電常數(shù)1414，損耗，損耗0.05%0.05%，絕緣電阻大于，絕緣電阻大于10109 9歐姆歐姆另一種以鋇長石為主晶相和少量屑石另一種以鋇長石為主晶相和少量屑石(CaTiSiO(CaTiSiO5 5) )和硅酸鋅和硅酸鋅(ZnO)(ZnO)2 2SiOSiO2 2 的玻璃陶瓷交叉介質(zhì)的玻璃

24、陶瓷交叉介質(zhì),=1012,=1012,在在850900850900o oC C下燒結(jié)。下燒結(jié)。多層布線用介質(zhì)漿料特性 此外還發(fā)展了特殊用途的低介感光性介質(zhì)漿料此外還發(fā)展了特殊用途的低介感光性介質(zhì)漿料。性能序號粘度絕緣強(qiáng)度(v)膜厚(二次印刷)(um)介電系數(shù)Tg(%)1450kcp5602581540045559120.10.3三）、包封介質(zhì)三）、包封介質(zhì) 包封介質(zhì)或保護(hù)層介質(zhì)的主要作用是包封介質(zhì)或保護(hù)層介質(zhì)的主要作用是鈍化和保鈍化和保護(hù)厚膜元件的表面護(hù)厚膜元件的表面，減弱環(huán)境條件（如濕氣等）對，減弱環(huán)境條件（如濕氣等）對元件的作用。元件的作用。 要求：要求： 能抗惡劣環(huán)境條件和適應(yīng)激光微調(diào)能

25、抗惡劣環(huán)境條件和適應(yīng)激光微調(diào) 成膜后不易吸濕和滲透，膜較堅(jiān)硬成膜后不易吸濕和滲透，膜較堅(jiān)硬 熱膨脹系數(shù)與基板和被保護(hù)元件匹配熱膨脹系數(shù)與基板和被保護(hù)元件匹配玻璃一類材料玻璃一類材料大致可滿足要求。常用低溫玻璃（如大致可滿足要求。常用低溫玻璃（如含含CdOCdO或或ZnOZnO的低熔點(diǎn)硼硅酸玻璃）作電阻器的保護(hù)的低熔點(diǎn)硼硅酸玻璃）作電阻器的保護(hù)層，用晶化玻璃保護(hù)電容器。層，用晶化玻璃保護(hù)電容器。 n典型的高溫穩(wěn)定性好的包封介質(zhì)材料特性如下：（10KHz，25C）=5，絕緣強(qiáng)度（50m）1KV，絕緣電阻（50V，DC）=1011 ，最高使用溫度（間斷/連續(xù)）為350C/200Cn此外還有非結(jié)晶玻璃

26、制成的低溫包封材料和Cu系介質(zhì)漿料等。四）厚膜電容器及介質(zhì)材料1.厚膜電容器 厚膜混合集成電路中的電容器有二大類別，其一是片式電容器，其二是厚膜電容器。前者是將制成的單個小型片式電容器，通過焊接外貼到混合電路中，而后者則是采用厚膜工藝制成的膜式電容器?；橘|(zhì)粒子上電極玻璃下電極（a）單層基片介質(zhì)電極（b）兩層厚膜電容器結(jié)構(gòu)示意圖厚膜電容器結(jié)構(gòu)厚膜電容器結(jié)構(gòu)厚膜電容器是在二個導(dǎo)體膜層之間印刷一介質(zhì)層經(jīng)燒結(jié)而成。電極漿料電極漿料 燒上電極燒上電極 干燥干燥擱置擱置 ，干燥，干燥 燒成介質(zhì)燒成介質(zhì) 印刷上電極印刷上電極印第二次介質(zhì)印第二次介質(zhì)燒下電極燒下電極印第一次介質(zhì)印第一次介質(zhì)印刷下電極印刷下

27、電極 陶瓷基片陶瓷基片 介質(zhì)材料細(xì)粉介質(zhì)材料細(xì)粉 介介 質(zhì)質(zhì) 漿漿 料料有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘結(jié)劑玻璃粘結(jié)劑玻璃粘結(jié)劑 厚膜電容器的工藝流程2. 厚膜電容器介質(zhì)材料分類（1）根據(jù)材料類別不同a.微晶玻璃b.非晶化玻璃c.陶瓷-玻璃混合介質(zhì)d.陶瓷-微晶玻璃混合介質(zhì) c.陶瓷-玻璃混合介質(zhì)陶瓷-玻璃混合介質(zhì)陶瓷介質(zhì)粉末 BaTiO3為基的鐵電 陶瓷或TiO2陶瓷玻璃粉末 硼硅酸鹽玻璃 混合介質(zhì)的介電系數(shù)r與混合介質(zhì)的配比有關(guān)，可按下式計(jì)算 式中VI和i 分別是i 相的體積百分比和值.當(dāng)系統(tǒng)中有氣孔存在時，r將會降低，玻璃的含量不同，r也將不同。iiVlglgd.陶瓷-微晶玻璃混合介質(zhì)普通玻璃的介電系數(shù)

28、遠(yuǎn)小于陶瓷介質(zhì)的介電系數(shù)（一般的硼硅酸鹽玻璃為7），為了進(jìn)一步提高混合介質(zhì)的介電系數(shù)，可用微晶玻璃代替普通玻璃，得到陶瓷-微晶玻璃混合介質(zhì)。其中陶瓷是鐵電陶瓷，微晶玻璃是能夠析出與主晶相同種晶相的微晶玻璃（如BaO-TiO2-Al2O3-SiO2， Na2O-Nb2O5-SiO2等）。表 鐵電微晶玻璃的結(jié)晶相和玻璃相的組成結(jié)晶相微晶玻璃的組成BaTiO3BaO-TiO2-(Bi2O3)-B2O3BaO-TiO2-(Al2O3)-SiO2BaO-TiO2-P2O5PbTiO3PbO-TiO2-(Al2O3)-(B2O3)-SiO2PbO-TiO2-(BaO)-B2O3NaNbO3，CdNb2O6

29、，PbNb2O6，BaNb2O6等(Na2O)-(BaO)-(PbO)-(CdO)-Nb2O5-(Al2O3)-SiO2BaZrO3，PbZrO3，CdZrO3等(BaO)-(PbO)-(CdO)-ZrO2-Al2O3-SiO2WO3WO3-B2O3-P2O5（2）根據(jù)介電系數(shù)的大小厚膜電容介質(zhì)大致分為：）根據(jù)介電系數(shù)的大小厚膜電容介質(zhì)大致分為：a. 高介電系數(shù)厚膜電容器介質(zhì)材料（千以上）高介電系數(shù)厚膜電容器介質(zhì)材料（千以上）以以BaTiO3 為基的鐵電陶瓷與玻璃（或微晶玻璃）組成為基的鐵電陶瓷與玻璃（或微晶玻璃）組成的混合介質(zhì)，或者是含鐵電晶相的微晶玻璃的混合介質(zhì)，或者是含鐵電晶相的微晶玻璃

30、b. 中介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)（幾十中介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)（幾十一、二百）一、二百）材料可以是鐵電的，也可以是非鐵電的，后者的介質(zhì)耗材料可以是鐵電的，也可以是非鐵電的，后者的介質(zhì)耗損小、性能穩(wěn)定。如組成：損小、性能穩(wěn)定。如組成： 硅酸鉛硅酸鉛75%+鋯鈦酸鉛鋯鈦酸鉛25%c. 低介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)（低介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)（10）普通玻璃（或低介玻璃、陶瓷復(fù)合介質(zhì)）可用作低介電普通玻璃（或低介玻璃、陶瓷復(fù)合介質(zhì)）可用作低介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)。系數(shù)厚膜電容介質(zhì)?；?BiTiO3：SrTiO3=3:1，含量85% 玻璃（硼硅酸鉛、硼硅酸鋇、氧化鉍等）15%一般典型的組成是： BaTiO3(附有各種添

31、加劑) 90% 玻璃（CdO、Bi2O3、SiO2等） 10%a.高介電系數(shù)厚膜電容器介質(zhì)材料以BaTiO3 為基的鐵電陶瓷與玻璃（或微晶玻璃）組成的混合介質(zhì)，或者是含鐵電晶相的微晶玻璃。這類材料制成的厚膜電容器，其比容約為30000pF/cm2。 tg=(350400)10-4，抗電強(qiáng)度（絕緣強(qiáng)度）為100400V/25m，絕緣電阻1010。b.中介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)這類介質(zhì)的介電系數(shù)從幾十到 一、二百，材料可以是鐵電的，也可以是非鐵電的，后者的介質(zhì)耗損小、性能穩(wěn)定。 組成：硅酸鉛（0.33PbO 0.67SiO2）75% 鋯鈦酸鉛（0.93PbO 0.07SrO 0.47 TiO2 0.5

32、3 ZrO2）25%c.低介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì) 普通玻璃（或低介玻璃、陶瓷復(fù)合介質(zhì)）可用作低介電系數(shù)厚膜電容介質(zhì)，這類材料在1MHz時介電系數(shù)約為12，tg為（1520）10-4。用這類材料制成的電容器性能比較穩(wěn)定，在25125C的范圍內(nèi)，電容溫度系數(shù)約為1%，由于介電系數(shù)低，它的比容約為300pF/cm2。影響厚膜電容器普遍應(yīng)用的原因，主要是：(1)厚膜電容器介質(zhì)的介電系數(shù)難以提高（目前最高不超過2000），致使厚膜電容器占用基片的面積過大；(2)厚膜電容器介質(zhì)膜致密性差，工藝上難以實(shí)現(xiàn)多層化；(3)微調(diào)技術(shù)仍未獲得重大突破，難以滿足高精度的要求等。Shaw et al. Applied P

33、hysics Letters 75, 2129(1999)CaCu3Ti4O12C.C. Homes et al. Science 293, 673 (2001)六六 厚膜鐵氧體磁性材料厚膜鐵氧體磁性材料厚膜電感器由導(dǎo)體漿料或?qū)w和鐵氧化漿料制作，厚膜鐵氧體磁性材料用來制作厚膜電感器和應(yīng)用于厚膜微波集成電路中，在陶瓷基片上印刷多圈螺旋型導(dǎo)體，即可制得厚膜電感器。單層的平面電感器一般采用多圈螺旋形結(jié)構(gòu)，但其電感量很小。 為提高電感量，可以將螺旋形導(dǎo)體印燒在鐵磁性膜上（或鐵氧體基片上），或采用多層結(jié)構(gòu)。 厚膜電感器常用的鐵氧體磁性材料鐵氧體磁性材料，一般含有鐵酸鋰粉、硼硅酸鉛玻璃鐵酸鋰粉、硼硅酸鉛

34、玻璃等。為了減少燒成膜的氣孔率和提高性能，還常加入少量（1.5wt%）Bi2O3。鐵磁性膜的性能受鐵氧體粉特性的影響，還受到粉末顆粒尺寸分布的影響，漿料的粘度、燒成膜的密度、氣孔率和附著力等都與顆粒尺寸有關(guān)。玻璃粘結(jié)劑的含量對膜的鐵磁性能影響也很大，燒成溫度在800C950C。 厚膜多層電感器實(shí)際上是由多層介質(zhì)膜或鐵磁性膜隔厚膜多層電感器實(shí)際上是由多層介質(zhì)膜或鐵磁性膜隔開的平面螺旋電感器依次串聯(lián)起來構(gòu)成的。開的平面螺旋電感器依次串聯(lián)起來構(gòu)成的。 多層平面厚膜電感器的制造是交替印刷鐵氧化漿料和多層平面厚膜電感器的制造是交替印刷鐵氧化漿料和導(dǎo)體漿料形成疊層，然后燒結(jié)成一個具有閉合磁路的整體。導(dǎo)體漿料形成疊層，然后燒結(jié)成一個具有閉合磁路的整體。型號型號尺寸（尺寸（mm）L（H）QMLF3216063.2 1.6 0.60.12.72030MLF3216113.2 1.6 1.10.39272030MLF3225113.2 2.5 1.11.5562530MLF3225253.2 2.5 2.52.7220253