42厚膜导体材料

银钯厚膜电阻的导电原理简述摘要：厚膜贴片电阻器，是将高可靠性的钌系玻璃釉材料通过丝网工艺印刷于氧化铝基板上，再经过高温烧结等热处理加工，形成其最主要的工程层膜-电阻层。

加之采用银钯合金油墨制成的电极层膜组成导电通路，而实现电阻器基本功能的。

除了电阻膜与电极膜，还需要很多道辅助工序和辅助膜的作用才能制造出完整的厚膜贴片电阻。

因其工艺限制，所成膜厚通常在10um以上，固与膜厚更低的薄膜电阻相对应，称之为厚膜电阻器。

它具有体积小，精度高，稳定性好的特点，由于其为片状元件，所以高频性能好。

在科技发达的今天，贴片电阻器被大量使用我们常见的消费型电子产品的集成电路中，例如一部智能手机就需要超过400颗，用量及其可观。

[1]关键词：导电原理；银钯厚膜电阻前言：电子浆料是制造厚膜贴片电阻，形成其中各种功能层膜的基础材料。

电子浆料由各种固体粉末、粘合剂、添加剂等固体成分，经过多次研磨，分散等处理后，在有机溶剂的融合下，充分混合，再经过多次搅拌及三辊轧碾碎分散后形成的混合均匀膏状物。

如图1中所示的电子浆料，就是制造电极层膜的银浆电子浆料。

1.概述电子浆料是制造厚膜电路的基础材料，按照厚膜电阻制造工序，可将其分为导体浆料（通过丝网印刷形成导电电极）、电阻体浆料（通过丝网印刷形成阻抗体）、及介质浆料。

现行业中应用最多的电极浆料大多以价格低廉的银作为主要原料，加以有机溶剂，无机粘合相等构成。

介质浆料则大多以玻璃相或有机物为主要原料，加以染色剂，粘结相等混合而成。

厚膜电阻的导电原理中，阻抗体的导电原理最为复杂也最为重要，阻抗体是厚膜电阻的核心组成，因此，阻抗浆料也是厚膜电阻用浆料中的重点。

电阻浆料的组成复杂，其中包含功能相、有机溶剂、无机粘合相等。

绝大多数厚膜电阻的导体作用都是通过电子浆料印刷及热处理后，由贵金属及贵金属合金组成通路完成的，最常见的贵金属有金、钯、铂和银，有这些金属的二元或三元合金结合使用。

常见的电阻浆料有 Ag-Pd 系和氧化钉系列，根据需要做成的电阻阻抗值不同，选取的系列及含量不同。

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第4章厚膜工艺厚膜工艺是指将电子浆料通过丝网印刷等方法印制在陶瓷基板或者其他绝缘基板上，经干燥、烧结后形成厚度为几微米到数十微米的膜层。

在微电子领域中，用厚膜技术在基板上形成导体、电阻和各类介质膜层，并在基板上组装分立的半导体器件芯片、单片集成电路或微型元件，封装后构成厚膜混合集成电路。

厚膜混合集成电路能耐受较高的电压、较大的电流和功率，广泛用于民用无线产品、高可靠小批量的军用、航空航天产品中。

本章主要介绍几种主要的厚膜浆料及特性；厚膜图案形成工艺；厚膜的干燥和烧成等厚膜工艺。

§4.1 厚膜浆料厚膜浆料是由一种或多种无机微粒分散在有机高分子或低分子化合物溶液中组成的胶状体或悬浮体；有机化合物溶液称为有机载体。

4.1.1 厚膜浆料的特性和制备厚膜浆料是构成厚膜电路的关键材料，其组成、特性直接决定电路的电性能和工艺性能：如流变触变性、工艺重现性、相容性和烧结特性等。

1. 厚膜浆料的组成厚膜浆料一般都是由三种主要成分组成：功能相，粘结相和有机载体。

功能相决定厚膜的电性能。

根据功能相的不同，厚膜浆料可分为导体浆料，电阻浆料，介质(电容)浆料和磁性(电感)浆料等。

导体浆料的功能相一般是贵金属、贱金属或合金的混合物；在电阻浆料中，通常是导电氧化物、合金、化合物或盐类等；介质浆料的功能相一般是铁电体氧化物、盐类、玻璃、晶化玻璃或玻璃-陶瓷以及这些材料的混合物；磁性浆料中功能相主要是铁氧体材料。

粘结相的作用是将功能相粘结在一起，并使膜层与基片牢固结合。

粘结相通常是玻璃釉粉的混合物。

玻璃釉粉是由各种金属氧化物在高温下熔融淬火而得到的玻璃粉。

根据在玻璃中的主要作用，氧化物大致可分为三类：第一类为构成玻璃基本骨架的氧化物，如SiO2、B2O3等，它们能单独形成机械性能和电性能优良的玻璃；第二类是调节玻璃的物理、化学性能的氧化物，如Al2O3、PbO、BaO、ZnO等，它们可改善玻璃的热膨胀系数、机械强度、热和化学稳定性等；第三类是用于改进玻璃性能的氧化物，如PbO、BaO、B2O3、CaF2等，它们能降低玻璃的熔化温度，同时还保证玻璃的电性能和化学性能。

——一国防科学技术大学研究生院学位论文表２５主要分析测试设备设备名称生产厂家型号§２．２浆料各组分的制备及性能表征厚膜电阻浆料是由导电相、玻璃相与有机载体按一定比例均匀混合而成的满足印刷特性的粘稠状的均相体系。

本实验所用各组分除少部分从市场上购买外，绝大部分都需自己制备。

浆料各组分的制备及性能表征简介如下。

２．２．１有机载体的制备首先将主溶剂松油醇、增稠剂乙基纤维素按一定比例混合后经９０＂Ｃ水浴加热，同时机械搅拌直至乙基纤维素完全溶解，然后按比例ＤＮ．ｘ．表面活性剂、触变剂和其它添加剂，并继续加热搅拌均匀，即得有机载体。

实验装置如图２．１所示。

图２．１有机载体制备实验装置示意图国防科学技术大学研究生院学位论文列举方阻和ＴＣＲ的测试方法：１．方阻的测试图２．７所示为方阻测试图，即在基片上丝网印刷与烧成膜带宽度为ｌｍｍ，长度为１００ｍｍ的电阻轨迹，方数为１００。

测量时环境温度控制在２５～１２５。

Ｃ，将电阻测量仪两电极分别放在测试样片膜层的两个端点上，并使之接触良好。

每个试样分别在讵反两个方向的电流下各测量三次，取六次的平均值作为１００方电阻的测量值。

图２．７方阻测试的示意图方阻的测试结果按下式计算：Ｒ．：土３１００ｆ２．１）式中Ｒｓ为方阻值，Ｒ是方数为１００时厚膜电阻的电阻值。

结果取两位有效数字。

测量方阻时要测量电阻的膜厚。

２电阻温度系数的测试在基片上丝网Ｅ０届ｔＪ和烧成具有一定阻值的电阻轨迹，并在电阻的两端印刷烧成电极，在两电极上焊接一定长度的导线，作为待测样品。

将烘箱升到设定的温度，将待测样品放入烘箱，导线从烘箱的排风口引出到烘箱外。

烘箱温度稳定后，在导线的引出端连上精密电阻测试仪，实时监控电阻的变化，当电阻稳定后，开始记录。

每个温度点测量６次，取平均值。

测试温度范围为２５～１２５。

Ｃ，每２０＇Ｃ取一个温度测试点。

各温度下测量的电阻值按下式计算电阻温度系数。

ＴＣＲ：堡二墨曷（疋一五）ｆ２２、３方阻重烧变化率的计算测试每一次烧结后的方阻值，按下式计算：氏：址ｘ１００％／Ｏ６．一一＾“氏ｆ２３）式中ｅ为方阻重烧变化率，Ｒｓ。

薄厚膜集成电路工艺作者：韩鑫摘要重点介绍了厚膜集成电路中的丝印技术及厚膜混合电路、薄膜中的物理气相淀积技术关键词厚膜丝印厚膜混合电路薄膜物理气相淀积引言厚膜技术与薄膜技术是电子封装中重要的工艺技术，厚膜技术使用网印与烧结方法，薄膜技术使用镀膜光刻、物理淀积等方法。

薄膜电路的主要特点是：制造精度比较高，可实现小孔金属化，可方便的采用介质制造多层电路，厚膜电路是应电子小型产品化发展起来的应用比较广泛且体积小具有很大的发展潜力。

随着技术的发展，厚膜混合集成电路使用范围日益扩大，逐渐在各个领域渗透。

1、薄厚集成电路概述薄厚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1μm左右的膜层厚度，厚膜是指10～25μm的膜层厚度，无论是薄膜还是厚膜都有各自的优点。

2、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、属粉末。

电子材料导论1.压电效应答：（1）当在某一特定方向对晶体施加应力时，在与应力垂直方向两端表面能出现数量相等，符号相反的束缚电荷—正压电效应（2）当一块具有压电效应的晶体置于外电场中，由于晶体的电极化造成的正负电荷中心位移，导致晶体变形，形变量与电场强度成正比—逆压电效应。

2.电畴答：具有自发极化的晶体中存在一些自发极化取向一致的微小区域。

3.霍尔效应答：在一块半导体某一方向上加有电场，并在垂直方向上加有磁场，在两种外力作用下，载流子的运动发生变化，结果在半导体的两端产生一横向电场，其方向同时垂直于电流和磁场。

4.平衡载流子答：载流子的产生和复合两个相反过程建立起动态平衡，这种状态下的载流子为平衡载流子。

5.非平衡载流子答：当用电子能量大于该半导体禁带宽度的光照射时，光子的能量传给了电子，使价带中的电子跃迁到导带，从而产生导带的自由电子和价带的自由空穴，即非平衡自由载流子。

6.辐射性复合答：由于电子与空穴的复合以光能的形式辐射能量。

（1）电子和空穴由于碰撞而复合（2）通过杂质能级的复合（3）激子复合7.非辐射性复合答：由跃迁能量转换为低能声子而形成。

（1）阶段性的放出声子的复合（2）俄歇过程（3）表面复合8.固体电解质答：具有离子导电性能的固体物质。

9.功能材料答：指除强度性能外，还有其特殊功能，或能实现光、电、磁、热力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料。

10.发光材料答：在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。

11.玻璃键合答：在厚膜导电材料中含有玻璃，通过离子的相互渗透作用使它的基片表面形成键合，这种键合类型称为玻璃键合。

12.氧化物键合答：在厚膜导电材料中含有金属氧化物，通过离子的相互渗透作用使它的基片表面形成键合，这种键合类型称为氧化物键合。

13.负温度系数（NTC）热敏材料答：将电阻率随温度升高而下降的材料，称为负温度系数材料，简称NTC材料。

P38414.正温度系数（PTC）热敏材料答：将电阻率随温度升高而增大的材料，称为正温度系数材料，简称PTC材料。

影响厚膜导体附着力的几种因素杨伊杰;吴润霖【摘要】厚膜导体是厚膜混合集成电路中的一个重要组成部分,在电路中起有源器件的互连线、多层布线、电容器电极、外贴元器件的引线焊区、电阻器端头材料、低阻值电阻器、厚膜微带等作用.在厚膜混合集成电路的生产过程中,为了评价成膜基片的性能及焊接的效果,在做剪切强度测试时,经常会遇到焊盘脱落现象,这给厚膜电路的产品质量带来很大隐患.文章通过试验分析了厚膜导体浆料、瓷片的清洗、印刷的导体膜厚度,导带烘干及烧结温度曲线、再流焊焊接温度和速度、超声清洗等各种因素对导体膜层附着力的影响,最后得出结论:在其他因素不变的情况下,再流焊的焊接温度和焊接时间是影响膜层附着力的关键因素.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2011(011)003【总页数】5页(P1-4,9)【关键词】厚膜混合集成电路;导体;膜层;附着力【作者】杨伊杰;吴润霖【作者单位】甘肃天水七四九电子有限公司,甘肃,天水,741000;甘肃天水七四九电子有限公司,甘肃,天水,741000【正文语种】中文【中图分类】TN305.941 引言厚膜混合集成电路以其组件参数范围广、精度和稳定度高、电路设计灵活性大、研制生产周期短、适合于多种小批量生产等特点，与半导体集成电路相互补充、相互渗透，已成为集成电路的一个重要组成部分。

厚膜混合集成电路基板采用Al2O3陶瓷、BeO陶瓷等，散热性能极好。

另外，厚膜导体还具有以下优势，因而得到广泛运用，市场前景越来越好：（1）电导率高，膜层厚，导体方阻小，在大电流冲击下引线损耗小；（2）厚膜导体附着力好，尤其在大功率芯片烧结、共熔焊、再流焊和锡焊等组装工序和电路老化后，厚膜导体附着力仍然符合要求；（3）可焊性好，可满足芯片烧结、丝焊、共熔焊、再流焊和锡焊等多道组装工序的要求；（4）在长期电流冲击下，机电性能仍然良好；（5）厚膜混合集成电路集成度高，附着力强，组装灵活，生产周期短，制造成本低。

第四章厚膜材料与工艺一、厚膜材料：1、厚膜导体材料：a.厚膜导体中的导体材料分贵金属和贱金属，厚膜与基板的附着力或由导体金属自身的化学结合来实现，或由导体中添加的百分之几的玻璃来实现，对厚膜导体金属的要求主要有下述几点：■电导率高，且与温度的相关性小；■与玻璃不发生反应，不向厚膜介电体及厚膜电阻体中扩散；■与介电体及电阻体的相容性好；■不发生迁移现象；■可以焊接及引线键合；■不发生焊接浸蚀；■耐热循环；■温度变化不发生局部电池，不发生电蚀现象；■资源丰富，价格便宜；b.常见的厚膜导体材料：■Ag：最大的特点是电导率高，最大的缺点是易迁移；■Ag-Pd：使用此导体时，需要进行下述测试：电阻值或TCR、浸润性、耐焊料浸蚀性、迁移性、结合强度、热老化后的强度；■Cu：与贵金属比，Cu具有很高的电导率、可焊接、耐迁移性、耐焊料浸蚀性都好，而且价格便宜，但是Cu在大气燃烧下容易氧化，需要在氮气氛中烧成，而氧含量应控制在几个ppm以下。

另外Cu导体用于G Hz高频带有其优势；■Au：金浆料中有玻璃粘接剂型、无玻璃粘接剂型、混合结合型三种；■金属有机化合物浆料（metallo-organic：MO浆料）：优点是便宜、所用设备投资少、可得到致密、均质、平滑的膜层、可光刻制取细线、与电阻体、绝缘体的相容性好等；缺点有：对所用基板表面平滑性要求高、对基板表面及环境的清洁度要求高、由于膜层薄、故导体电阻大、对膜层使用条件有一定要求；2、厚膜电阻材料：到目前为止，已经发表了大量关于各类厚膜电阻体浆料的资料，这些浆料多以Pd-Ag，Ti2O3，添加Ta的SnO，炭黑，RuO2，M2Ru2O7-x（M=Bi，Pb，Al…），MoO3等为主导电成分，经大气中烧成各式各样的厚膜电阻体。

一般讨论厚膜电阻体材料需要从以下几个方面来探讨：粉体粒径、烧成温度及膜结构、粒径对电气特性的影响、添加物的效果、导电机制、电阻体与电极的相互作用等；3、厚膜介质材料：厚膜介质材料通常分为HK（高介电常数）介电体和LK（低介电常数）介电体两大类，前者介电常数K值在数百以上，主要用于厚膜电容器的介电质，后者的K值在10以下，多用于表面钝化、交叉绝缘层、多层布线绝缘层以及低容量电容器等。