9 Толстопленочная технология

Структурная схема типового технологического процесса. Пасты для проводящих, резисторных и диэлектрических элементов, их характеристики. Методы формирования рисунка. Трафаретная печать. Технология нанесения и вжигания паст. Корректировка номиналов то лето пленочных элементов.

9.1 Пасты для проводящих, резисторных и диэлектрических элементов, их характеристики. Технология нанесения и вжигания паст.

В качестве материала для изготовления толстопленочных элементов принимаются резистивные, диэлектрические и проводящие пасты. Они представляют собой суспензию порошков наполнителя и стекла в какой-либо органической связующей жидкости или растворе. Наполнитель является основой пасты и придает пленкам необходимые резистивные, проводящие или диэлектрические свойства.

Основные требования, предъявляемые к пастам: возможность нане­сения их через трафарет и термообработка (вжигание); воспроиэводимость свойств; хорошая адгезия к подложке; совместимость с дру­гими элементами; соответствующие электрические свойства; способ­ность к пайке и термокомпрессии.

Плата должна быть определенной величиной текучести. Слишком большая текучесть приводит к растеканию пасты и искажению рисун­ка, а «алая текучесть - к плохому продавливанию пасты через тра­фарет.

В качестве наполнителей проводниковых паст используются порош­ки металлов и сплавов с размером частиц не более 5 мкм. Размеры и форма частиц оказывают сильное влияние на физические и электрические свойства толстых пленок. Наполнители наст должны обладать крайне низкой химической активностью при высоких температурах термообработки в оксидирующей среде и при соприкосновении с хи­мически активным стеклом, а также должны быть восприимчивы ft ус­тойчивы (нерастворимы) к воздействий припоя, применяемого при монтаже пайкой. Это объясняется применение в качестве наполните­лей благородных металлов: золота, серебра, сплавов золото-палла­дий, золото-платина,. серебро-палладий и др. Сравнительная оценка проводниковых паст на основе различных наполнителей приведена В таблице 9.1.1.

Свойства проводниковых паст Таблица 9.1.1

Наполнитель	Стоимость	Электропроводность	Адгезия	Устойчивость к расплавленному припою	Контакт с резисторами	Миграция
Au	4	3	4	5	5	2
Pt – Au	5	5	3	3	1	1
Au – Pd	3	4	3	2	3	2
Ag – Pd	2	2	2	3	2	3
Ag	1	1	1	5	4	5

Оценка дана по 5 - балльной системе, 1 - высший балл.

Наряду с приведенными В таблице 9.1.1 наполнителями для проводнико­вых паст применяются неблагородные металлы: медь, никель, алюми­ний, вольфрам, молибден. Они обеспечивают не только меньшую стои­мость паст, но и в ряде случаев лучшие параметры и стабильность при высоких температурах. Медь, например, является единственным металлом с высокой электропроводностью, к которому можно подсое­динять внешние выводы как сваркой, так и пайкой. Кроме того, медь имеет хорошую адгезию к алюмокерамическим подложкам, высокую теплопроводность, стойкость к выщелачиванию, и радиации, хорошие свойства в диапазоне СВЧ.

В качестве наполнителей резистивных паст применяется серебро, золото, палладий, платина, рений, окислы таллия, рутения, рения, палладия, а также различные композиции: серебро-палладий-оксид палладия, серебро-оксид рутения, висмут-рутений, рутений-иридий, платина-оксид иридия и др. Толстопленочные резисторы имеют номи­налы сопротивлений от 1 до 10 Ом, удельное сопротивление от 1 до 10⁷ Ом/а и широкий диапазон значений ТКС.

При изготовлении диэлектрических паст для конденсаторов в ка­честве наполнителей применяют смеси порошков керамических материа­лов и флюсов, а также стекла и ферроэлектрических материалов. Например, пасты на основе композиции титанат бария - оксид титана -оксид алюминия - легкоплавкое стекло имеют диэлектрическую прони­цаемость от 10 до 2000.

Диэлектрики для межуровневой изоляции проводников изготавлива­ют на основе стеклокерамических материалов. Но сравнению с ди­электриками для конденсаторов они обладают меньшей диэлектриче­ской проницаемостью.

В качестве постоянного связующего в состав паст входят стекла, которые не удаляются после формирования пленки и остаются в го­товом пленочном элементе. В проводниковой пасте, стекло служит для удерживания в контакте зерен наполнителя и для обеспечения адгезии толстой пленки к подложке. При выборе состава стекла необходимо учитывать зависимость его вязкости от температуры, смачивание подложки, химическую активность и коэффициент термиче­ского расширения. Эти свойства стекла влияют на режим термообра­ботки, на образование механических связей между зернами металли­ческого наполнителя, на удельное сопротивление пленки и процессы подсоединения выводов к контактным площадкам. От состава стекла в значительной степени зависит стабильность параметров резисто­ров. В диэлектрике, применяемом для межуровневой изоляции провод­ников, постоянное связующее является одновременно и основным функ­циональным компонентом. В диэлектрики конденсаторов стекло не должно вносить дефектов, приводящих к возникновению коротких замыканий между обкладками. В качестве постоянного связующего применяются легкоплавкие стекла: свинцово-боросиликатные, цинкоборо-силикатные, кадмиевые.

В качестве органических связующих и растворителей паст может применяться широкий набор материалов: этилцеллюдоза, воски, лано­лин, вазелиновое масло, циклогексан, жидкие смолы, органические растворители.

Органические связующие и растворители вводятся для обеспече­ния равномерного распределения частиц порошков различных компо­нентов в процессе приготовления пасты, для получения определен­ной консистенции и для придания пасте необходимой вязкости. При нанесении пасты на подложку органические связующие полностью удаляются в процессе термообработки. При неполном удалении орга­нических связующих в составе диэлектрика, например, остается уг­лерод, который резко повышает электропроводность.

Специальные добавки вводят в состав паст для улучшения адге­зии, паяемости, для придания пастам тиксотропности и др.

ТиксотроПностыо называется способность паст под действием механического давления увеличивать текучесть и затем после пре­кращения воздействия давления снова загустевать. Для придания пастам тиксотропных свойств в их состав вводят высокомолекуляр­ные соединения, например, фуранкарбоновую или терефталевую кис­лоты.