厚膜電路的絲網印刷技術

　　絲網印刷作為一種古老的印刷方法，已經廣泛應用于中國的電子工業、陶瓷貼花工業和紡織印染工業。隨著20世紀60年代電子時代的到來，絲網印刷已經廣泛用于制造印刷電路板、厚膜集成電路、太陽能電池、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80年代以來，各種新材料和新技術的不斷應用，與國外的不斷技術交流，以及新型高精度自動化設備的不斷發展，極大地提高了絲網印刷技術水平。在下文中，我們將只介紹通過絲網印刷厚膜技術制造厚膜集成電路的技術。

　　厚膜集成電路概述

　　厚膜集成電路可以大致分為兩類:

　　半導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，它是用薄膜技術用真空注入法制造的。另一種是厚膜集成電路，采用絲網印刷厚膜技術制造。

　　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點。例如，薄膜技術，不管是有源的還是無源的，都是根據它們各自的技術特征直接加工成集成電路的。然而，目前厚膜技術不能直接將有源元件加工成電路，因此這些元件必須進行焊接，并且直接加工將隨著未來研究工作的進展而實現。此外，就成本而言，厚膜比薄膜低得多。與薄膜成型技術制作的電阻和電容相比，絲網印刷法制作的導體和厚膜電阻和電容制作簡單，可靠性好，生產設備投資少。

　　兩種厚膜集成電路的絲網印刷工藝

　　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，具有良好的導電性、機械強度和耐高溫性能。制作厚膜時，應注意陶瓷板的材料、尺寸、粗糙度、翹曲、表面缺陷和污染，并應在清洗室內進行超聲波清洗。

　　2.2泥漿

　　導體膏有三種，電阻膏和絕緣膏，一般由貴金屬和低熔點玻璃組成。制作泥漿時，應注意泥漿的材質、粘度和膨脹系數。

　　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樹脂粘合劑中以混合成糊狀，然后通過絲網印刷板印刷在陶瓷基底上。高溫燒制后，有機樹脂粘合劑被燒掉，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、厚膜電容器和半導體集成電路的底部金屬片。

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

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

　　2.3絲網印刷版的生產

　　(1)網框:硬鋁及鋁合金主要用于印刷厚膜電路的網框。篩框規格一般為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大多采用不銹鋼絲網或尼龍絲網。普通電路印刷200 ~ 300目絲網;當需要多層布線或更高精度時，可以使用300目以上的篩網。

　　(3)感光膠:由于厚膜電路的絲網印刷需要較厚的墨膜(漿膜)，所以需要能夠將光膜涂布到20-30μ m厚度的感光膠，但顯影后不應出現邊緣缺陷。

　　2.4厚膜絲網印刷

　　集成電路的絲網印刷圖像很小，需要很高的印刷精度。因此，印刷機、印版、印刷材料(基底)、油墨等需要高精度。印刷場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，當選擇刮刀的形狀和硬度時，應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印刷機可分為半自動和全自動兩種。半自動絲網印刷機僅手動供應基材，其他過程自動完成。例如，我公司開發的高精度小絲網印刷機印刷精度小于0.01毫米，刮板壓力和印刷速度可調，真空工作臺X、Y、θ三維精度調節，整機的PLC控制等。各項指標均達到或超過國外同類設備的技術水平。它是國內厚膜集成電路制造商的首選設備。

　　2.5厚膜電路的印后加工

　　通常，當印刷厚膜電路板時，首先進行導體印刷，然后電阻印刷重復2-3次。有時，可以根據情況以適當的間隔進行玻璃涂層印刷。印刷后，還進行以下加工或處理。

　　(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，因此應隨時調整爐溫以保持適合漿料燒結的溫度。

　　(4)調整:通過噴砂電路板或用激光調整電阻體來調整電阻值。

　　(5)封裝:可以保護內部組件。

　　2.6厚膜電阻的絲網制造工藝

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

　　一個普通的厚膜電阻是一個厚度約為20 μ m的立方體。如果厚度被控制為常數，長度與寬度的比值可以用來確定電阻的電阻值。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。