厚膜导体浆料

厚膜电阻浆料的研究现状与发展趋势李娟;谢泉;黄晋;吴良庆;贺晓金【摘要】针对厚膜电阻浆料的研究现状,探讨厚膜电阻浆料中功能相的种类和粒度,玻璃相、有机载体的成分及含量等因素对厚膜电阻浆料的印刷性能和电性能的影响,简述了添加剂的种类对厚膜电阻的电导率等电性能的影响.因此,厚膜电阻浆料的性能参数是各因素相互作用的结果,通过改变各组分的成分、含量等,获得高性能厚膜电阻浆料配方.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)009【总页数】4页(P90-93)【关键词】厚膜电阻浆料;功能相;玻璃相;有机载体;添加剂【作者】李娟;谢泉;黄晋;吴良庆;贺晓金【作者单位】贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025;贵州大学大数据与信息工程学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TN452随着电子技术呈现出高频化、微型化、多维化以及高集成度的发展趋势。

集成电路是21世纪现代电子技术发展的重要结晶，厚膜混合集成电路是集成电路的一个重要组成部分。

电子浆料作为电子元器件的基础材料，在厚膜混合集成电路中也得到了广泛使用。

厚膜电阻作为厚膜电路及混合集成电路中最重要的元器件，其发展最早，制造技术也最成熟[1]。

厚膜电阻器的电阻体是电阻浆料经丝网印刷、后续烧结等工艺，在陶瓷、玻璃或硅等基片上经过固化或烧结后形成的导电膜层[2]。

电子浆料按用途功能划分为电阻浆料、导体浆料、介质浆料等3大类[3]，其中，制备工艺最复杂、技术含量最高的是厚膜电阻浆料。

构成厚膜电阻浆料的各组分复杂，可分为功能相、玻璃相、有机载体和各种改性剂[4]。

(1)功能相。

在厚膜电阻中，功能相主要是通过分散在有机载体中的导电颗粒构成的导电通路来传导电流；(2)玻璃相。

玻璃相在烧结过程中软化熔融，浸润导电相中的导电颗粒，连接、拉紧、固定导电相粒子，并使整个膜层与基片牢固地相粘结；(3)有机载体。

电子浆料性能及测定方法电子浆料是各种功能材料均匀混合的膏状材料，一般通过丝网印刷实现转移，形成不同功能的元件或电路单元。

丝网印刷形成的印刷膜经流平、烘干、烧结（或固化）生成的烧结膜（或固化膜）层厚度比薄膜溅射工艺生成的薄膜厚得多，所以，丝网印刷工艺及其后续烧结工艺等统称厚膜工艺，电子浆料也称厚膜电子浆料。

电子浆料的物理特性有色调、细度、粘度、密度、固体含量、单位印刷面积、气味等。

电子浆料的电性能由烧结膜体现，电阻浆料主要考察烧结膜电阻率和对温度、电压的稳定性等，有方阻、温度系数、电压系数、静噪音、短暂过负荷、恒温存放、湿热存放等具体指标。

介质浆料烧结膜是绝缘体，主要考察介电常数、介电损耗、抗电压强度（也称击穿电压）、耐酸碱盐雾、耐候性等。

导体浆料烧结膜要求有良好的导电性、抗焊料浸蚀性、焊料浸润性、优良的附着力、老化附着力等。

电子浆料与基体共同发挥作用，与基体的匹配非常重要。

匹配性与附着强度、膜层致密程度、电性能的稳定性密切关联。

从这些意义上讲，电子浆料的应用是实验性应用，所以国际上著名电子浆料生产企业，在出厂报告中言明：“本报告所列数据是本公司在实验室测得的，用户使用前必须有充分的验证，本公司不对应试验而未试验产生的不良后果负责。

”1.颗粒细度的测定颗粒细度FOG（fineness of grain）是电子浆料的重要参数。

金属粉末、金属氧化物粉末、金属盐类导电材料、玻璃粉体材料等都具有一定的聚附粘合强度，在电子浆料生产中，依靠三辊轧机辊间剪切力的作用，将颗粒聚集体分散为高度均匀状态，理想状态是形成单个颗粒的均匀分散体系。

因此，严格控制FOG，有助于消除由大颗粒阻塞丝网而造成的印刷不良，有助于提高膜层质量、降低膜层内部缺陷，有助于提高耐电压特性，改善温度系数，有助于浆料稳定性、一致性、重现性的提高等。

采用刮板细度计来实施辊轧工序的质量控制，在辊轧符合工艺规范的情况下，当FOG达到规定值时，辊轧工序才算完结。

银浆及其制备（杜邦）美国应⽤专利20130298982是杜邦（Dupont）申请的，讲述的是光伏银浆成分及制作，其中⽅法可⽤于其它银粉，这⾥摘译部分内容，欲知详情的朋友可查阅原⽂。

⼀、银粉典型的银粉形貌可以是⽚状、球形、类颗粒状、结晶状等，或它们的混合物，还可以是Ag2O、AgCl、AgON3、AgOOCCH3、AgOOCF3、Ag3PO4等，或它们的混合物，凡适⽤于厚膜导体浆料的银粉，在这⾥都可以使⽤。

举例中使⽤的银粉是球形银粉，具有相对狭窄的粒径分布，D50=1.7-1.9µm，D10＞1µm，D90＜3.8µm。

银粉可以是涂覆有表⾯活性剂的，表⾯活性剂通常选⾃：硬脂酸、软脂酸、⽉桂酸、油酸、葵酸、⼗四烷酸、亚油酸以及它们的酯或盐。

银粉在浆料中的含量是80-90%wt。

⼆、玻璃粉本专利导体浆料使⽤铅-碲-锂-钛-氧玻璃，它可以是玻璃质的、也可以是结晶的、部分结晶的、⽆定型的、部分⽆定型的，或它们的混合物。

玻璃粉在浆料中的含量是0.2-2.0%wt，这⾥的百分⽐基于浆料的总重量。

例1玻璃配⽅为：23.23%的PbO、67.59%的TeO2、1.05%的Li2O、2.08%的TiO2、6.06%的P2O5，材料混合均匀，置于⽩⾦坩埚中，在空⽓或含氧空⽓中，加热到900，保温1⼩时，⽤不锈钢辊两辊机淬⽕，辊⼦间隙0.01-0.02英⼨，球磨，⽤氧化铝-氧化硅球磨罐，氧化锆磨球，媒质⽤⽔，研磨⾄D50=0.5-0.7µm。

例2玻璃配⽅为：23.92%的PbO、52.49%的TeO2、1.14%的Li2O、2.24%的TiO2、20.25%的V2O5，⼯艺同例1。

例3⽤例1玻璃制备导体浆料。

取10.5份的有机载体，有机载体是⼄基纤维素分散在有机溶剂中，⼄基纤维素的含量约为10%，基于有机溶剂的总重量。

加⼊0.5份的触变剂，为了提⾼浆料的流变性，这⾥使⽤的触变剂产⾃Rheox。

电子浆料用有机载体有机载体（有时称为有机黏合剂）的功能是把金属粉和作粘合用的玻璃粉及其它固体粉末混合分散成膏状浆料，以便用丝网印刷方法将其印刷在陶瓷基片上。

根据使用情况，对有机载体有以下要求：(1)应是化学惰性物质。

载体与固体粉粒接触（包括在加热情况下）时，不能发生化学反应。

(2)能形成悬浮体。

载体与固体粉粒相接触的界面上，表面张力应小，以保证固体与液体之间很好地浸润。

液体中应有使电解质稳定的极性基团，不应有过量的凝结剂，避免浆料在长期存放时发生凝结变质。

(3)有适度的流变性。

载体与固体粉粒结合时，能提供网状结构的凝聚成份，以形成塑流型触变系统。

载体的粘度要适中，并可调节。

(4)有适度的挥发性。

载体在室温下饱和蒸气压要低。

但在一定的温度下，其中的溶剂应易挥发，在高温下能够迅速挥发，使网印的浆料不产生二次流动现象。

(5)粘结性能好。

载体能浸润陶瓷基片表面，因此其表面张力应适当，使其能牢固地粘附在基片上。

(6)其它特性。

载体应无固定沸点，在加热过程中逐步汽化、燃烧。

避免造成电阻膜上的针孔。

在一定的高温下应完全燃烧而不留灰分。

载体由溶剂(挥发成分)、增稠剂(非挥发成分又叫凝聚剂)、流动性控制剂、表面活性剂等组成，每种成分可以是一种或数种材料组成。

(一)溶剂溶剂用量占载体重量的80％以上，是比较粘稠的有机液体，能够提供极性基团，其特点是能溶解纤维素之类的增稠剂。

溶剂的沸点应高，常温下不易挥发。

一般采用松油醇、醋酸丁基卡必醇、乙二醇乙醚醋酸酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、卵磷脂、熏衣草油、大茴香油等。

1．松油醇有四种异构体，一般商品中是以α异构体为主的混合物。

它是无色粘稠液体或无色透明低熔点晶体，具有甜的紫丁香气味，溶于乙醇，微溶于水或甘油。

载体中常用的松油醇为α、β异构体类，剂等。

作为增塑剂，可使制品具有良好的柔软性，但挥发性和水抽出性较大，因而耐久性差。

表1列出松油醇的物理化学常数。

表2列出松油醇在使用前的检测指标。

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。

LTCC的优势与其它集成技术相比，LTCC有着众多优点：第一，陶瓷材料具有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性。

根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，配合使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数，增加了电路设计的灵活性；第二，可以适应大电流及耐高温特性要求，并具备比普通PCB电路基板更优良的热传导性，极大地优化了电子设备的散热设计，可靠性高，可应用于恶劣环境，延长了其使用寿命；第三，可以制作层数很高的电路基板，并可将多个无源元件埋入其中，免除了封装组件的成本，在层数很高的三维电路基板上，实现无源和有源的集成，有利于提高电路的组装密度，进一步减小体积和重量；第四，与其他多层布线技术具有良好的兼容性，例如将LTCC与薄膜布线技术结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件；第五，非连续式的生产工艺，便于成品制成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本。

第六，节能、节材、绿色、环保已经成为元件行业发展势不可挡的潮流，LTCC也正是迎合了这一发展需求，最大程度上降低了原料，废料和生产过程中带来的环境污染。

LTCC的优势特点利用LTCC制备片式无源集成器件和模块具有许多优点，首先，陶瓷材料具有优良的高频高Q特性；第二，使用电导率高的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因子；第三，可适应大电流及耐高温特性要求，并具备比普通PCB电路基板优良的热传导性；第四，可将无源组件埋入多层电路基板中，有利于提高电路的组装密度；第五，具有较好的温度特性，如较小的热膨胀系数、较小的介电常数温度系数，可以制作层数极高的电路基板，可以制作线宽小于50μm的细线结构。

另外，非连续式的生产工艺允许对生坯基板进行检查，从而提高成品率，降低生产成本。

LTCC器件的显著优点之一是其一致性好、精度高。

而这完全有赖于所用材料的稳定性和工艺设备的精度。