1、第二章 厚膜元件与材料,2.1 厚膜基板 2.2 厚膜导体与材料 2.3 厚膜电阻及材料 2.4 厚膜介质材料 2.5 厚膜铁氧体磁性材料及厚膜电感器 2.6 其他厚膜材料,2.1 厚膜基板,一、基板的作用与要求1. 作用 承载作用：厚膜元件、外贴元器件、互连导体以及整个电路； 绝缘作用：提供元器件之间的电绝缘； 导热、散热作用：将元器件工作时产生的热量即时散发出去；,2、要求 基板的性能对厚膜元件和整个电路性能、工艺有很大的影响，特别在可靠性和工艺重现性等方面关系十分密切。 基板要求:1）表面性能表面平整、光滑，具有适当的表面光洁度。2）电性能v 、s 高，tg小，保证绝缘性能。,3）热性能
2、导热性高基板的热膨胀系数应与电路所用的材料相 匹配。 4）机械性能机械强度和硬度高-能经受机械振动、冲击和热冲击良好的加工性能-切割、加工和钻孔等,5）化学性能化学稳定性高-不受各种化学试剂和溶剂的影响。与电路材料有很好的相容性。 6）其他性能耐高温，经受多次高温烧结不变形;成本要低;重量轻;,二、常用的基板材料,常用基板种类：陶瓷基板；金属（包括金属芯型）基板；树脂基板；,氧化铝陶瓷基板,金属基板,树脂基板,1、陶瓷基板：优点：耐高温（1000），热胀系数小，导热性好，绝缘强度高。 缺点：脆、易碎。种类：氧化铝陶瓷（Al2O3）、氧化铍（BeO）、氮化铝（AlN）、碳化硅 （SiC）、多层陶
3、 瓷基板。,1）氧化铝基板：主要成分Al2O3 ，Al2O3含量越高，基板性能 （电性能、机械强度、表面光洁度等）越好。但烧 结温度高、价格贵。厚膜电路一般采用94Al2O3瓷（晶粒尺寸 35m）。85瓷和75瓷性能较前者稍差，但成本较低，所 以目前国内外也有采用。,氧化铝基板的性能,热导率和氧化铝含量的关系,优点： 价格适中； 各种性能基本满足厚膜电路的要求； 与厚膜混合集成电路相容性比较好，目前使用最广泛；缺点： 热导率没有氧化铍基板、氮化铝基板高。,2）氧化铍基板：优点：热导率高（常温下2.64J/cm s），仅次于银、铜、金与铝相近，为氧化铝的10倍； 体积电阻率大； 介电系数小、高频
4、下损耗小、适于高频、大功率电路； 能与大多数厚膜浆料相容。,缺点：粉末有毒，价格较贵、机械强度不如氧化铝。如果不考虑成本和毒性，氧化铍是一种理想的基 片材料。,氧化铍（.）基板的性能,氧化铍陶瓷有负的电阻率温度系数。,99.5%氧化铍电阻率与温度的关系,3）氮化铝基板是一种新型陶瓷基板。优点：热导率高（与99.5%BeO陶瓷大致相同，为氧化铝的810倍）； 热导率与温度的关系比氧化铍瓷小； 抗弯强度大、硬度小、机械加工比较容易（抗弯强度比氧化铝大但硬度仅为氧化铝的一半）；,热胀系数比氧化铍小（4.4ppm/），与Si接近，这有利于组装大规模IC芯片； 与Au、Ag-Pd和Cu浆料的相容性较好，
5、可作高频、大功率电路基板，还适于高密度、大功率的微波电路以及大规模厚膜IC。缺点：成本高；对杂质含量敏感；,氧化铝、氧化铍、氮化铝基板性能比较,氧化铝、氮化铝、氧化铍的热导率与温度的关系,几种陶瓷基板热膨胀系数的比较,4）碳化硅基板：以-SiC为主，掺以微量 BeO (0.1-0.35%)的新型基板。优点： 热导率是金属铝的1.2倍，比BeO瓷还要高，从热扩散系数、热容量看该基板传热比Cu还要好。 SiC基板的抗弯强度为44100N/2与氧化铝相近。,热胀系数与单晶硅几乎相同，所以适合组装大规模IC芯片。缺点体积电阻率比氧化铝和氧化铍低。介电系数高，因此高频性能不如氧化铝。,新型SiC陶瓷与其
6、它材料的性能比较,5）多层陶瓷基板：为了提高组装密度，使电路高密度化、小型化、 高速化而研制的陶瓷基板（多为氧化铝瓷）。多层化的方法有三种：,a.厚膜多层法：在氧化铝基板上交替印烧导体（Au、Ag-Pd等）和介质浆料。 特点：制造灵活性大;可在空气中烧结，温度1000;层内含电阻、电容等，制造过程容易实现自动化。 缺点：制作微细线困难，层数也不能太多；可焊性、密封性不如其它二种方法。,厚膜电路底层布图,厚膜电路介质层布图,厚膜电路顶层布图,b.印刷多层法：将与生基板成分相同的氧化铝制成浆料；交替在氧化铝基板上印刷和干燥 Mo、W等导 体以及氧化铝介质浆料；（此时各层间的印刷导体就可以通过层间的
7、通孔实现层间连接）。在15001700的还原气氛中烧成；在烧成导体部分镀Ni、Au形成焊接区；,c. 生基板叠层法：在生基板上冲好通孔；在生基板上印刷Mo、W等导体；重叠所需层数，在490-1470N/cm2压力和80 150下叠压；在1500-1700的还原气氛中烧成。在烧结过程中，薄片里的SiO2、CaO、MgO扩散 到导体层中形成中间层，从而可得牢固的结合强度,优点：（后两种二种方法） 利用生基板有柔软性、容易吸收有机溶剂的特 性，可印出高分辨率的微细线，容易实现多 层化和高密度布线。 由于导体和绝缘层烧结成整体，所以密封性 好，可靠性高。缺点：设计灵活性不如厚膜多层法，烧结温度也偏高。
8、,2.金属基板,陶瓷基板缺点：脆、易碎。不易制成大面积的基板，为此开发了金属基板。金属基板：在金属板（主要是钢板和铝板）上涂复绝缘膜而成。,金属铝基板,优点：价格比陶瓷低； 散热性良好； 加工和成形简单，可用于通孔连接； 缺点：通孔周围和基板边缘的釉层会凸起，影响 印刷； 釉层中的碱离子也会发生迁移； 工作温度低 600 分类：,1）涂釉钢板低碳钢上涂敷玻璃釉层，850烧成,2）金属芯基板：,3）衬铜金属基板：,4）绝缘金属基板（IMST基板）,3、树脂基板分类：硬质树脂基板柔性树脂基板硬质板的主要材料：纸酚醛树脂、纸环氧树脂、玻璃环氧树脂。 柔性板主要材料：聚酯、聚酰亚胺、玻璃环氧树脂等。,优点：加工简便；成本低； 可电镀制作细线，适于自动化生产。缺点： 耐热性差； 热冲击性差；高温下的化学稳定性差。,各种树脂基板的特性,小结掌握厚膜基板种类、作用、基本要求、各类基板的主要性能。,作 业 1、基板在厚膜电路中起什么作用？基板的性能对电路有什么影响？2、厚膜电路中使用的基板有哪些?各有 什么特点？,THANK YOU,
