厚膜電路的絲網(wǎng)印刷技術(shù)

　　絲網(wǎng)印刷作為一種古老的印刷方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中國(guó)的電子工業(yè)、陶瓷貼花工業(yè)和紡織印染工業(yè)。隨著20世紀(jì)60年代電子時(shí)代的到來(lái)，絲網(wǎng)印刷已經(jīng)廣泛用于制造印刷電路板、厚膜集成電路、太陽(yáng)能電池、電阻器、電容器、壓電元件、光敏元件、熱敏元件、液晶顯示元件等。特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，各種新材料和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，與國(guó)外的不斷技術(shù)交流，以及新型高精度自動(dòng)化設(shè)備的不斷發(fā)展，極大地提高了絲網(wǎng)印刷技術(shù)水平。在下文中，我們將只介紹通過(guò)絲網(wǎng)印刷厚膜技術(shù)制造厚膜集成電路的技術(shù)。

　　厚膜集成電路概述

　　厚膜集成電路可以大致分為兩類:

　　半導(dǎo)體集成電路和混合集成電路，混合集成電路可以分為兩種類型，一種是薄膜混合集成電路，它是用薄膜技術(shù)用真空注入法制造的。另一種是厚膜集成電路，采用絲網(wǎng)印刷厚膜技術(shù)制造。

　　所謂薄膜是指大約1微米的膜厚，而厚膜是指10 ~ 25μ m的膜厚。薄膜和厚膜都有各自的優(yōu)點(diǎn)。例如，薄膜技術(shù)，不管是有源的還是無(wú)源的，都是根據(jù)它們各自的技術(shù)特征直接加工成集成電路的。然而，目前厚膜技術(shù)不能直接將有源元件加工成電路，因此這些元件必須進(jìn)行焊接，并且直接加工將隨著未來(lái)研究工作的進(jìn)展而實(shí)現(xiàn)。此外，就成本而言，厚膜比薄膜低得多。與薄膜成型技術(shù)制作的電阻和電容相比，絲網(wǎng)印刷法制作的導(dǎo)體和厚膜電阻和電容制作簡(jiǎn)單，可靠性好，生產(chǎn)設(shè)備投資少。

　　兩種厚膜集成電路的絲網(wǎng)印刷工藝

　　2.1陶瓷板

　　采用90% ~ 96%氧化鋁陶瓷基板是一種以氧化鋁(Al2O3)為主體的材料，具有良好的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性能。制作厚膜時(shí)，應(yīng)注意陶瓷板的材料、尺寸、粗糙度、翹曲、表面缺陷和污染，并應(yīng)在清洗室內(nèi)進(jìn)行超聲波清洗。

　　2.2泥漿

　　導(dǎo)體膏有三種，電阻膏和絕緣膏，一般由貴金屬和低熔點(diǎn)玻璃組成。制作泥漿時(shí)，應(yīng)注意泥漿的材質(zhì)、粘度和膨脹系數(shù)。

　　用于印刷厚膜電路的漿料含有金、銀、鉑、鈀等。將金屬粉末分散在有機(jī)樹(shù)脂粘合劑中以混合成糊狀，然后通過(guò)絲網(wǎng)印刷板印刷在陶瓷基底上。高溫?zé)坪?，有機(jī)樹(shù)脂粘合劑被燒掉，剩下的幾乎都是純貴金屬，由于玻璃的作用，它們緊緊地粘結(jié)在基底上。該薄膜可用作厚膜電路、厚膜電阻器、厚膜電容器和半導(dǎo)體集成電路的底部金屬片。

　　(1)作為導(dǎo)電材料的銀的電阻非常低，因此有時(shí)銀-鈀和銀-鈀-鉑的混合物也用作導(dǎo)電材料。

　　(2)為了在襯底上形成電阻膜，所用的電阻材料主要是金屬粉末，如銀、金、鈀、鈸等。

　　(3)小電容器的導(dǎo)體和電極通過(guò)重疊印刷制造。電極材料主要由鉑-金、鈀-金、銀等組成。

　　2.3絲網(wǎng)印刷版的生產(chǎn)

　　(1)網(wǎng)框:硬鋁及鋁合金主要用于印刷厚膜電路的網(wǎng)框。篩框規(guī)格一般為100毫米×150毫米和150毫米× 200毫米。篩框形狀一般為矩形。

　　(2)屏幕:

　　印刷厚膜電路的絲網(wǎng)大多采用不銹鋼絲網(wǎng)或尼龍絲網(wǎng)。普通電路印刷200 ~ 300目絲網(wǎng);當(dāng)需要多層布線或更高精度時(shí)，可以使用300目以上的篩網(wǎng)。

　　(3)感光膠:由于厚膜電路的絲網(wǎng)印刷需要較厚的墨膜(漿膜)，所以需要能夠?qū)⒐饽ね坎嫉?0-30μ m厚度的感光膠，但顯影后不應(yīng)出現(xiàn)邊緣缺陷。

　　2.4厚膜絲網(wǎng)印刷

　　集成電路的絲網(wǎng)印刷圖像很小，需要很高的印刷精度。因此，印刷機(jī)、印版、印刷材料(基底)、油墨等需要高精度。印刷場(chǎng)所還必須保持恒溫和除塵。

　　刮刀材料一般為硬度為肖氏硬度A 70 ~ A80的聚氨酯橡膠或氟化橡膠。此外，當(dāng)選擇刮刀的形狀和硬度時(shí)，應(yīng)該考慮印刷在電路板上的圖案的因素。通常，葉片邊緣為90°或60°，葉片角度為70°至75°。

　　印刷厚膜集成電路的絲網(wǎng)印刷機(jī)可分為半自動(dòng)和全自動(dòng)兩種。半自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)僅手動(dòng)供應(yīng)基材，其他過(guò)程自動(dòng)完成。例如，我公司開(kāi)發(fā)的高精度小絲網(wǎng)印刷機(jī)印刷精度小于0.01毫米，刮板壓力和印刷速度可調(diào)，真空工作臺(tái)X、Y、θ三維精度調(diào)節(jié)，整機(jī)的PLC控制等。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類設(shè)備的技術(shù)水平。它是國(guó)內(nèi)厚膜集成電路制造商的首選設(shè)備。

　　2.5厚膜電路的印后加工

　　通常，當(dāng)印刷厚膜電路板時(shí)，首先進(jìn)行導(dǎo)體印刷，然后電阻印刷重復(fù)2-3次。有時(shí)，可以根據(jù)情況以適當(dāng)?shù)拈g隔進(jìn)行玻璃涂層印刷。印刷后，還進(jìn)行以下加工或處理。

　　(1)展平工序:印刷后，將印刷品放置5-7分鐘，直至網(wǎng)狀圖案消失。

　　(2)干燥:在約100℃的溫度下干燥。

　　(3)燒制:在約650-670℃的溫度下燒制。該程序非常重要，因此應(yīng)隨時(shí)調(diào)整爐溫以保持適合漿料燒結(jié)的溫度。

　　(4)調(diào)整:通過(guò)噴砂電路板或用激光調(diào)整電阻體來(lái)調(diào)整電阻值。

　　(5)封裝:可以保護(hù)內(nèi)部組件。

　　2.6厚膜電阻的絲網(wǎng)制造工藝

　　厚膜印刷與普通絲網(wǎng)印刷相似，只是厚膜印刷的產(chǎn)品是電路元件，如厚膜電阻和電容。厚膜電阻的精度、電氣穩(wěn)定性和焊接性等技術(shù)指標(biāo)關(guān)系到厚膜絲網(wǎng)印刷的質(zhì)量。如果墨膜厚度稍有變化，產(chǎn)品就不能使用。因此，厚膜電阻厚度的均勻性將直接影響產(chǎn)品的成品率。

　　一個(gè)普通的厚膜電阻是一個(gè)厚度約為20 μ m的立方體。如果厚度被控制為常數(shù)，長(zhǎng)度與寬度的比值可以用來(lái)確定電阻的電阻值。厚膜電阻的縱橫比范圍從最大10: 1到最小1: 10.對(duì)于電阻值相同的印刷油墨(電阻膏)，表面電阻只能在10-1/10的范圍內(nèi)變化。要獲得超出此范圍的電阻值，必須使用不同電阻值的泥漿。