二、厚膜集成电路

　　1．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。
　　混合集成电路有两种，一种是薄膜混合集成电路，它是应用真空蒸发喷射法的薄膜技术制造的；另一种就是厚膜集成电路，它是应用丝网印刷厚膜技术制造的。
　　电路中的有源元件若能小型化，而巨无源元件也能实现小型比，那么这两方面都小型化就可以实现集成电路化了。
　　所谓薄膜是指卫微米左右的膜层厚度，厚膜是指10～25微米的膜层厚度。
　　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L，因此，现在只好把这些元件进行焊接，随着今后的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。
　　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方法。
　　2．厚膜集成电路的丝印工艺。利用丝印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，周厚膜技术制造容易，可靠性好，而己所需生产设备投资少。
　　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微米的立方体，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从最大10∶1至最小1∶10，对电阻值相同的印刷油墨（电阻浆料），其面电阻只能在10～1／10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。
　　厚膜电阻，如图4－24所示，其制作工艺过程大致是：陶瓷基板准备一→导体浆料（导电油墨）准备－→制作丝网印版—→导体丝印—→干燥一→电阻浆料（电阻油墨）准备→电阻丝印－→干燥（150℃，20分钟）－→电阻挠结－→电阻调整（激光调整）－→ 险验－→成品。

图4－24 厚膜电阻结构
1－厚膜电阻 2－玻璃涂层 3－导体 4－引线及孔的连接端子 5－基板
　　下面商要介绍厚膜集成电路的丝印工艺。
　　①陶瓷板。使用90～96％的氧化铝陶瓷基极。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。
　　②浆料。有导体浆料、电阻浆料和绝缘浆料三种，浆料一般由贵金属和低熔点玻璃组成。制作厚膜时应注意浆料的材质、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、铝等。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。
　　a．用银做导电材料其电阻是很低的，因此有时也使用银一或。银一把一银的混合物做导电材料。
　　b．为了在基板上形成电阻膜，所用的电阻材料主要是银、金、钯、铑等金属粉末。
　　c．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。
　　③丝网印版的制作。
　　a．网框：印刷厚膜电路的丝网网框多采用硬铝及铝合金的，网框规格一般为100×150mm和150×200mm。网框形状通常为矩形或圆形。
　　b．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，选用200～300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。
　　c．感光胶：由于厚膜电路丝印要求得到较厚的墨膜（浆料膜），所以要求使用能将感光膜涂至20～30μm厚的感光胶，但显影后不得出现边缘缺陷。
　　④厚膜丝印。集成电路的丝网印刷中图像是微型的，要求印刷精度高，所以印刷机、印版、承印物（基板）、油墨等都需要高精度的，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酯橡胶或氟化橡胶，硬度为邵氏A7°～80°。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°或60°；刮印角为70° 印刷一般采用机器进行，手工刮印成品率太低。印刷厚膜集成电路的丝印机，应具备下列条件：刮板压力可作调节；印刷速度可作调节；基板位置可作调整。
　　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。
　　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2～3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。
　　a．摊平处理：印刷后将印刷品放置5～7分钟至网纹消失为止。
　　b.干燥处理：用100℃左右的温度进行干燥。
　　c．烧制：用约650～670℃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。
　　d.调整：调整电阻值，一般采用向电路板上喷砂或用激光调整电阻体的方法进行调整。
　　e．包封：对制成的内接元件起到保护作用。
　　③丝印缺陷对厚膜电路的影响。在制作厚膜印刷电路时，丝印缺陷对成品质量的影响是很大的。表4－32列出了有关问题，供读者参考。
　　表4－32 丝印缺陷对厚膜电路的影响

厚膜种类	印刷缺陷	给成品带来的影响
导体	中空	导线产生凹陷。
	分辨力低	电路产生短路。
	膜厚不适当	膜薄导电性差，耐焊性高。 膜厚过度则影响电阻和介电体的并存性问题。
电阻器	膜厚不适当	墨膜过薄，电阻值比预定值要高。 膜厚过度则需多等价交换 激光，调整且调整后的稳定性也不好。
介电体	中空和针孔	电路产生凹陷。
	封闭辅助孔	不能导通。
	膜厚不适当	膜厚过薄，电绝缘性变差，甚至短路。
焊料	浆料印量不足	润湿不完全，粘接不好。

[时间：2001-05-14  作者：郑德海　郑军明　沈　  来源：《丝网印刷工艺》·电子产品制造中的丝网印刷]