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第4章 影响厚膜电阻性能的因素及展望
高密度组装、细线工艺等技术的发展对厚膜混合集成电路的研制和生产提出了更高的要求,探索厚膜混合集成电路存在的问题及应采取的措施,对提高电路的成品率和可靠性有重要的意义。厚膜混合集成电路的质量问题有些是设计和材料方面的,也有很多是工艺方面的。本章从生产角度讨论了因生产工艺或操作不当而引起的常见质量问题,并提出相应的解决方法。
4.1 工艺缺陷的成因及消除方法
4.1.1线条变形,边缘呈锯齿状
丝网印刷是一个复杂的过程,它与很多因素有关。绷制丝网是保证高质量细线图形的重要工序之一。网线与框边及印刷图形主要线条(大部分线条与框边平行)成45°角,橡皮刮板顺着图形线条方向移动才能保证每个图形漏印浆料量均匀。在绷制丝网过程中,如因操作不当,未使网线与框边形成45°角,或刮板运动时施力不匀,都会导致图形线条变形,边缘呈锯齿状,从而导致电阻精度下降。 4.1.2 烧成中起泡
起泡的主要原因有:
（1）在多层结构中,导体与介质的相容性差或烧结参数控制不当,致使导带表面状态发生变化或部分导带与介质分离；
（2）在氮气中烧成,因缺氧,有机物分解不完全而发生还原反应,生成的CO或CO2气体裹夹在介质中,或形成针孔或重烧时起泡；
（3）烧成后的导带表面机械损伤使导带表面状态发生变化,导致再烧时起 （4）过烧或重烧次数过多,导致起泡。 4.1.3 激光调阻后,阻值不稳定
激光调阻是当前最精密的调阻方法,但如使用不当,会影响厚膜电阻的稳定性。除探头稳定性、环境温度等,激光器也是影响电阻稳定性的主要因素之一。
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如果激光器聚焦不准,光点发散,会造成电阻膜切口不透,边缘粗糙,底部会残留电阻材料,从而产生不规则漏电流,致使阻值漂移。若激光器的透镜被汗渍、油渍等污染,也会导致阻值漂移。如激光器功率过大,有可能损伤厚膜电阻下的陶瓷基片,还可能使切口边缘的玻璃熔融后又迅速冷却,结果在切口边缘形成许多细微的裂纹。这些裂纹在温度、电流等的作用下会发生变化,导致阻值不稳定。 4.1.4 红外再流焊对表面组装元件的损伤
红外再流焊是厚膜混合集成电路批量生产中的主要组装工艺。片式元件、SO封装有源器件、芯片载体器件、LID器件等,均需采用再流焊工艺。再流焊的峰值温度至少应比焊料熔点或液态线高20℃,才能保证焊料全部熔化,助熔剂活化。 红外加热是一种热辐射加热的方式,红外炉各温区温度均由微机控制,控制精度高,温度分布均匀,操作方便。但如果红外再流焊操作过程中稍有大意,就可能损伤表面组装元件,特别是黑色封装的元器件。
再流焊中,因利用红外加热,被加热物体温度上升的速度取决于红外线的波长和被加热物体对红外线的吸收特性。同一基片上的元器件的升温速度不同。它受其颜色、材料和位置、对红外线的吸收特性及红外线的波长等因素的影响。芯片上的元器件,特别是半导体器件主体部位是不该加热的。但由于表面组装元器件体积较小,为改善其散热条件,封装或外表涂层通常都是黑色的,近红外线吸收率高,用近红外线加热时温升较快,有过热的危险。元器件的银灰色引线和焊锡的红外线吸收率较低,温升较慢。这使得不该加热的元器件的温升速度比该加热的引线和锡浆的更快,可能造成封装表面龟裂,冷却后形成较大的焊接内应力。 4.1.5 再流焊中形成的锡珠
再流焊后,基片或引线上有时会出现锡珠。锡珠可能会导致短路。表面组装的引线间距愈来愈小,锡珠的危险性越来越大。
锡珠的形成主要与焊膏本身及其使用条件有关。焊膏对热非常敏感,存储期限很大程度上取决于存储条件。焊膏通常装在封闭的广口瓶内,在低温下保存。开封前应使焊膏恢复到室温,否则焊膏极易吸湿。在焊接过程中,温度急剧上升,吸湿后的焊膏受热后使熔融的焊料从焊接区向四周溅射形成锡珠。
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焊料表面氧化是产生锡珠的另一个原因。微粉原料表面更易氧化。焊料氧化后质量退化,形成分散的颗粒,焊接时不能与其他粒子形成一体,因此不应使用氧化的焊料。
4.2展望
4.2.1避免起泡
避免起泡的措施是:尽可能选用同种金属及合金作上下层导体材料；在烧结气氛中保持微量氧,定期清避免理烧结炉,清除炉内沉积的有机物及其他污杂物;严格控制烧成工艺参数、烧结温度和环境湿度；印刷完成后,应留下足够的流平时间,让膜表面上的网线痕迹在表面张力和重力的作用下自动流平,形成表面光滑,厚度均匀,边缘整齐的膜；控制烘干速度和温度,让膜层充分干燥；叠放和拾取基片时应当心,勿使导带受机械损伤。 4.2.2避免激光调阻的影响
避免激光调阻后阻值不稳定,不能单靠增大功率,使聚焦更准确的办法来解决,还应仔细调整激光器的焦点、功率等参数。调整调阻功率,使切割基板的深度为5
7μm,此时的功率最合适。用保护介质玻璃将电阻包封后再切割或采用可吸收
激光能量的有色玻璃都可以改善调阻性能。激光调阻的切口离厚膜电阻的端头不宜太近,否则会使端头导电带材料熔入切口壁,导致阻值变小。 4.2.3避免红外再流焊的影响
为解决该问题,应对厚膜基片上的温度分布进行调查,控制好炉温及传送带速度。为防止某些元器件,特别是黑色元器件过热受损,对耐热性差的元器件,应尽量避免其主体部位温度升高,必要时可以加反射板屏蔽热量。 4.2.4避免再流焊中形成的锡珠
针对此问题，应注意对开封后的焊膏的保管,否则易挥发成分丢失后,会使焊膏的黏度变大,延展性变差;在长期放置中,焊膏中的微小粉粒易与助焊剂发生化
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学反应,使焊膏的黏度增大,焊接性和涂敷性变差。