厚膜器件及材料厚膜导电材料：作为元件之间的互连线、厚膜电容的上下电极及外引线的焊区等。厚膜介质材料：如厚膜电容介质厚膜电阻材料：下
堂课详细讲述厚膜导电浆料贵金属：如金、银-金以及银、铂、钯的二元或三元合金。现在常用的浆料是含贵金属的厚膜导电材料浆料。
贱金属：厚膜导电材料常见的有铜、镍-硼、铝-硼等。由导电相（又称功能相）、粘结相、有机载体组成。导电相：贵金属、贱金属。
厚膜导电浆料有机载体：有机载体（有时称为有机粘合剂）的功能是把金属粉和作粘合用的玻璃粉及其他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。溶剂：是比较粘稠的有机液体，能够提供极性基团，溶解纤维素之类的增稠剂。主要起调节浆料的粘度、增
大流动性。增稠剂：是提高浆料的粘稠性和塑性。流动性控制剂：主要防止在烧结初期膜层中载体受热软化和熔融时产生二次流动。表面活性
剂：主要用于降低载体与固体粉粒界面的表面张力，使有机载体能充分润湿固体粉粒表面。厚膜导电材料要求及特性厚膜导电材料应具有很
低的电阻率、容易进行焊接、焊点有良好的机电完整性、与基体的粘附牢固等特点。可焊性——是指用锡铅焊料的焊接效果。银、银-钯、银-铂
键合强度——导体膜与基片的键合主要有三种类型：玻璃键合，氧化物键合，玻璃、氧化物的混合型键合。柱器件测试中的芯片钩
样品卡键合强度四、薄膜导电材料集成电路分类—工艺半导体集成电路厚膜集成电路：薄膜集成电路：薄膜集成电路是
将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容和电感元件以及它们的互连线，全部用厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多种金属混合相
、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发、溅射和电镀等工艺制成的集成电路。混合集成电路物理气相沉积——蒸发技术蒸发法(蒸
镀)是在真空下，把蒸镀材料放置于坩埚内加热熔化(或升华)，产生的蒸汽原子(或分子)向周围运动，当碰到温度较低的基体时，凝结在基体表
面上形成镀膜的方法。真空蒸镀具有材料纯度高、质量好、工艺简单、成本低等优点，在电学、光学、磁学、装饰、防腐等方面得到了广泛应用。
蒸发的最大缺点是不能产生台阶覆盖；性能上不能形成具有深宽比大于10:1的连续薄膜；还有对沉积合金的限制。物理气相沉积——蒸发技
术信号与系统纯金属的导电率高，但机械强度与抗蚀性较差。合金包含两种以上金属成份，虽然降低导电性，但可大幅提升材料的机械性质
，或提升耐蚀性。因此两类材料各有利弊，在选用材料时，就要特别注意使用需求。纯金属的导电率高，但机械强度与抗蚀性较差。合金
包含两种以上金属成份，虽然降低导电性，但可大幅提升材料的机械性质，或提升耐蚀性。因此两类材料各有利弊，在选用材料时，就要特别注意使
用需求。机械性能：指抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐震动性、耐磨耗性以及耐机械力冲击等热性能：指产品的耐温等级、
工作温度电力传输用电线电缆的发热和散热特性、载流量、短路和过载能力、合成材料的热变形性和耐热冲击能力、材料的热膨胀以及浸渍或涂层材
料的滴落性能等。耐腐蚀和耐气候性：指耐电化腐蚀、耐生物和细菌侵蚀、耐化学药品（油、酸、碱、化学溶剂等）侵蚀、耐盐雾、耐光、耐寒
、防霉以及防潮性能等。老化性能：指在机械应力、电应力、热应力以及其他各种外加因素的作用下，或外界气候条件作用下，产品及其组成材
料保持其原有性能的能力。金属化电容器用的电极蒸发材料，从实验中得知，铜银镉铝锌锡都可以采用，但是铜易氧化，银镉价格贵。锌
是金属化纸介电容器主题金属。但是易于氧化。而用锡打底可以防止氧化。纸介电容器：以纸(一般为油浸纸)为绝缘体,将两片如锌箔导体隔离
作为电荷存储体来存储电荷电容器是用来储存电荷的，蓄电池是用来储存电能的。两者的原理用处均不同。电容器一般用在一些电器中，具有
通过交流电，阻碍直流电或者通过高频交流电，阻碍低频交流电的用途。发射、接收电磁波时也要用到它。蓄电池就是用来储存电能的，比如手机，
笔记本电脑等都要用到蓄电池。电容器储存电荷就是将电荷堆积在电容器里，充放电也都是瞬间的。蓄电池储存电能是将电能转化为化学能，使用时
又将化学能转化为电能。蓄电池涉及到能量的转化，而电容器没有。超级电容器仍然是发生的物理变化，而非像蓄电池一样发生的化学变化。电
容的充放电时间都是瞬间的，应用于电子电路中。而蓄电池充放电时间慢，提供能量的。超声传递到劈刀，劈刀带动金丝在键合界面来回
摩擦，产生热量软化了界面，发生塑性形变，并和金丝紧密接触，依靠原子间引力实现键合。冷键合金丝球焊，打火，融化金丝成球半
导体集成电路：是目前应用最广、品种繁多、发展迅速的一种集成电路，又分为双极型和单极型两种，单极型又称为CMOS集成电路。厚膜集成
电路：在陶瓷等绝缘基片上，用厚膜工艺制作厚膜无源网络，然后连接二极管、三极管或半导体集成电路芯片，构成一定功能的电路就是厚膜集成电
路薄膜集成电路在绝缘基片上，由薄膜工艺形成有源元件、无源元件和互联线而构成的电路。膜集成电路由于制作工艺繁琐，成本较高，因而它
的应用范围远不如半导体集成电路。混合集成电路：在基片上用成膜方法制作厚膜或薄膜元件及其互连线，并在同一基片上将分立的半导体芯片、
单片集成电路或微型元件混合组装，再加外封装而成。与分立元件电路相比，混合集成电路具有组装密度大、可靠性高、电性能好。金：优点
，不易氧化，可用于高可靠性场合，如军事、医学等；缺点，易于与锡合金化，并融入其中，形成金属间化合物，因此金常与铂或者钯预
先形成化合物以防止与锡作用。银：优点，电导率高；缺点，易氧化。铜：优点，电导率高，价格便宜；缺点，易氧化。
浆料在烧结前膜层呈凝结状态，烧结初期膜层中载体受热软化、熔融、产生二次流动，造成烧结后膜层出现裂缝。为此，在浆料中加入流动
性控制剂以控制二次流动，即加入一些添加剂使载体在熔融前不断升华而增加粘稠性。许多早期的厚膜导电材料含有一般的玻璃，如硅硼铅玻
璃。玻璃键合结构包括金属密集的上层和玻璃密集的下层，玻璃占总体积的20%-30%，玻璃突起峰可穿透金属层而在表面露出，因而玻璃键合
导体膜表面有瑕疵点。氧化物键合物质集成而且含量很少，金属密集有利于导电。厚膜电路与薄膜电路的区别有两点：其一是膜厚的区别，
厚膜电路的膜厚一般大于10μm，薄膜的膜厚小于10μm，大多处于小于1μm；其二是制造工艺的区别，厚膜电路一般采用丝网印刷工艺，薄
膜电路采用的是真空蒸发、磁控溅射等工艺方法。另外，厚膜集成电路无法用厚膜工艺制作有源元件，如晶体管，只能制作无源电阻电容等。薄膜
则可以制作有源晶体管，但是其可靠性特别差，并不实用。薄膜器件并不一定在集成电路中有巨大应用，在其他领域，如传感器，微纳米光子器件
等也具有重要的应用。例如电子科技大学就有一个“电子薄膜与集成器件国家重点实验室”，研究磁电薄膜与微型器件、功率半导体器件、以及电子
聚合物与微结构传感器。前者系指用单一金属形成的薄膜导电材料，其主要材料是铝膜；后者系指不同的金属膜构成的薄膜导电材料，有二
元系统（如铬金）、三元系统（如钛-钯-金）；四元系统（如钛-铜-镍-金）等。这是目前用得最多的多层薄膜。主要用作电阻的端头
、互连线、微带线、单层薄膜电感器、薄膜电容上电极和焊区。Cr和NiCr膜主要起粘附作用，Au膜主要起导电和焊接作用。C
r-Au间互扩散严重，影响电阻和金的可焊性。多用溅射法制备。欧姆接触层直接与硅芯片接触，要求与N型或P型硅都能形成良好的
欧姆接触。粘附层，将欧姆接触层与二氧化硅以及上层金属粘合起来，以便形成牢固的引线键合点。过渡层，一方面阻挡上层的金属透过粘附层
与硅合金形成化合物，一方面要阻挡导电层与下层金属产生高阻化合物。导电层是金属，位于最上层，直接与内引线键合。器件和互连线的尺寸
和间距不断缩写，互连线的电阻和电容急剧增加，引起电信号传输延迟。铜的电阻率低，可以代替铝。难溶金属的硅化物因具有较低的电阻率和高
的稳定性。导电材料导电材料是电子元器件和集成电路中应用最广泛的一种材料，用来制造传输电能的电线电缆，传导电信息的导线、
引线和布线。导电材料最主要的性质是良好的导电性能。一般情况下，电阻率在10-7~10-4欧姆米。导电材料的导电机理主要是自由电
子导电。根据使用目的的不同，除了导电性外，有时还要求有足够的机械强度、耐磨、弹性、耐高温、抗氧化、耐蚀、耐电弧、高的热导率等。
一、金属导电材料金属导电材料的电气性质马西森定则：金属的电阻与电阻率金属名银铜金铝镁电阻率μΩ.cm
1.621.722.402.824.34电阻温度系数:布洛赫-格林爱森公式：高温时，T>0.5θD，金属电阻率与温
度T成正比金属导电材料的电气性质影响金属电阻率的因素杂质与缺陷：一般合金电阻率高于纯金属温度压力：最常用的三种金属
导电材料：铜、铝、铁，它们的主要用途是制造电线电缆。常用的电线电缆材料纯金属：如铜、铝、铁等。电阻率小：由小到大，银（
Ag）、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、纳(Na)、钼(Mo)、钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡
(Sn)、铅（Pb）等。合金：如铜合金，银铜、镉(ge,2)铜、铬(ge,4)铜、铍(pi,2)铜、锆铜等；铝合金，铝镁硅、铝镁
、铝镁铁、铝锆等。机械性能或耐腐蚀性好电线电缆材料主要性能电性能导电性能---大多数产品要求良好的导电性能，个别产品要
求有一定的电阻范围。电绝缘性能---绝缘电阻、介电系数、介质损耗、耐电特性等。传输特性---指高频传输特性、抗干扰特性等。
机械性能热性能耐腐蚀和耐气候性老化性能二、电极与引出线材料电极材料电极：它是电容器的组成部分，起着形成电场聚集
电荷的作用。要求——具有优良的导电性能，体积电阻率要小；具有良好的化学稳定性和抗腐蚀性，不易氧化，并且对介质材料的老化、催
化作用要小；有良好的机械性能；密度小，热导率大；易于焊接，具有适当的熔点和沸点；材料来源广泛，价格便宜。电极蒸
发材料：铜(易氧化)、银(贵)、镉(贵)、铝、锌、锡铝材——铝箔、铝膜铝膜导电性好，功耗低耐腐蚀沸点高，易于沉积锌一般
用作金属化纸介电容器：锌膜易氧化、电阻率大、易被腐蚀锡：一般作为蒸镀Zn的打底材料，性质较为稳定普通电容器电极材料超级电
容器：超级电容器又称超大容量电容器、金电容、黄金电容、储能电容、法拉电容、电化学电容器或双电层电容器(英文名称为EDLC，即Ele
ctricDoubleLayerCapacitors)，是靠极化电解液来存储电能的新型电化学装置。它是近十几年随着材料科学的突破而
出现的新型功率型储能元件，其批量生产不过几年时间。超级电容器容量有微法量级提高到法拉量级，后来又出现万法拉量级的超级电容器。超
级电容器的面积是基于多孔炭材料，可实现更大的表面积主要特点：充电快，容量大，放电效率高，不污染环境。主要应用领域：如电动车。
超级电容器在电动汽车、混合燃料汽车、特殊载重汽车、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力美
国《探索》杂志2007年1月号，将超级电容器列为2006年世界七大科技发现之一，认为超级电容器是能量储存领域的一项革命性发展，并将
在某些领域取代传统蓄电池。超级电容器及电极材料引出线材料材料——金线、铝线、铜线、铜合金线等键合技术—超声波键合
键合技术—热压键合三、厚膜导电材料集成电路分类—工艺半导体集成电路厚膜集成电路：在陶瓷等绝缘基片上，用厚膜工
艺制作厚膜无源网络，然后连接二极管、三极管或半导体集成电路芯片，构成一定功能的电路就是厚膜集成电路。厚膜只能做电阻、介质和导体，不
能做有源器件。厚度为7um-40um之间。薄膜集成电路混合集成电路乳剂区:不下墨白色:下墨区厚膜集成电路工艺—丝网印
刷使用一细目丝网，制作各种膜的图案。这种图案用照相方法制成，凡是不淀积涂料的地方，均用乳胶阻住网孔。厚膜集成电路工艺—
丝网印刷形成图案后，烧结成型浆料浆料信号与系统纯金属的导电率高，但机械强度与抗蚀性较差。合金包含两种以上金属成份
，虽然降低导电性，但可大幅提升材料的机械性质，或提升耐蚀性。因此两类材料各有利弊，在选用材料时，就要特别注意使用需求。纯
金属的导电率高，但机械强度与抗蚀性较差。合金包含两种以上金属成份，虽然降低导电性，但可大幅提升材料的机械性质，或提升耐蚀性。因此两
类材料各有利弊，在选用材料时，就要特别注意使用需求。机械性能：指抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐震动性、耐磨耗性以及
耐机械力冲击等热性能：指产品的耐温等级、工作温度电力传输用电线电缆的发热和散热特性、载流量、短路和过载能力、合成材料的热变形性
和耐热冲击能力、材料的热膨胀以及浸渍或涂层材料的滴落性能等。耐腐蚀和耐气候性：指耐电化腐蚀、耐生物和细菌侵蚀、耐化学药品（油、
酸、碱、化学溶剂等）侵蚀、耐盐雾、耐光、耐寒、防霉以及防潮性能等。老化性能：指在机械应力、电应力、热应力以及其他各种外加因素的
作用下，或外界气候条件作用下，产品及其组成材料保持其原有性能的能力。金属化电容器用的电极蒸发材料，从实验中得知，铜银镉铝锌
锡都可以采用，但是铜易氧化，银镉价格贵。锌是金属化纸介电容器主题金属。但是易于氧化。而用锡打底可以防止氧化。纸介电容器：以纸(
一般为油浸纸)为绝缘体,将两片如锌箔导体隔离作为电荷存储体来存储电荷电容器是用来储存电荷的，蓄电池是用来储存电能的。两者的原
理用处均不同。电容器一般用在一些电器中，具有通过交流电，阻碍直流电或者通过高频交流电，阻碍低频交流电的用途。发射、接收电磁波时也要
用到它。蓄电池就是用来储存电能的，比如手机，笔记本电脑等都要用到蓄电池。电容器储存电荷就是将电荷堆积在电容器里，充放电也都是瞬间的
。蓄电池储存电能是将电能转化为化学能，使用时又将化学能转化为电能。蓄电池涉及到能量的转化，而电容器没有。超级电容器仍然是发生的物
理变化，而非像蓄电池一样发生的化学变化。电容的充放电时间都是瞬间的，应用于电子电路中。而蓄电池充放电时间慢，提供能量的。
超声传递到劈刀，劈刀带动金丝在键合界面来回摩擦，产生热量软化了界面，发生塑性形变，并和金丝紧密接触，依靠原子间引力实现键合。冷键
合金丝球焊，打火，融化金丝成球半导体集成电路：是目前应用最广、品种繁多、发展迅速的一种集成电路，又分为双极型和单极型两
种，单极型又称为CMOS集成电路。厚膜集成电路：在陶瓷等绝缘基片上，用厚膜工艺制作厚膜无源网络，然后连接二极管、三极管或半导体集
成电路芯片，构成一定功能的电路就是厚膜集成电路薄膜集成电路在绝缘基片上，由薄膜工艺形成有源元件、无源元件和互联线而构成的电路。
膜集成电路由于制作工艺繁琐，成本较高，因而它的应用范围远不如半导体集成电路。混合集成电路：在基片上用成膜方法制作厚膜或薄膜元件及
其互连线，并在同一基片上将分立的半导体芯片、单片集成电路或微型元件混合组装，再加外封装而成。与分立元件电路相比，混合集成电路具有组
装密度大、可靠性高、电性能好。金：优点，不易氧化，可用于高可靠性场合，如军事、医学等；缺点，易于与锡合金化，并融入
其中，形成金属间化合物，因此金常与铂或者钯预先形成化合物以防止与锡作用。银：优点，电导率高；缺点，易氧化。铜：优点，
电导率高，价格便宜；缺点，易氧化。浆料在烧结前膜层呈凝结状态，烧结初期膜层中载体受热软化、熔融、产生二次流动，造
成烧结后膜层出现裂缝。为此，在浆料中加入流动性控制剂以控制二次流动，即加入一些添加剂使载体在熔融前不断升华而增加粘稠性。许多
早期的厚膜导电材料含有一般的玻璃，如硅硼铅玻璃。玻璃键合结构包括金属密集的上层和玻璃密集的下层，玻璃占总体积的20%-30%，玻璃
突起峰可穿透金属层而在表面露出，因而玻璃键合导体膜表面有瑕疵点。氧化物键合物质集成而且含量很少，金属密集有利于导电。厚膜电
路与薄膜电路的区别有两点：其一是膜厚的区别，厚膜电路的膜厚一般大于10μm，薄膜的膜厚小于10μm，大多处于小于1μm；其二是制造
工艺的区别，厚膜电路一般采用丝网印刷工艺，薄膜电路采用的是真空蒸发、磁控溅射等工艺方法。另外，厚膜集成电路无法用厚膜工艺制作有源
元件，如晶体管，只能制作无源电阻电容等。薄膜则可以制作有源晶体管，但是其可靠性特别差，并不实用。薄膜器件并不一定在集成电路中有巨
大应用，在其他领域，如传感器，微纳米光子器件等也具有重要的应用。例如电子科技大学就有一个“电子薄膜与集成器件国家重点实验室”，研究
磁电薄膜与微型器件、功率半导体器件、以及电子聚合物与微结构传感器。前者系指用单一金属形成的薄膜导电材料，其主要材料是铝膜；后者系指不同的金属膜构成的薄膜导电材料，有二元系统（如铬金）、三元系统（如钛-钯-金）；四元系统（如钛-铜-镍-金）等。这是目前用得最多的多层薄膜。主要用作电阻的端头、互连线、微带线、单层薄膜电感器、薄膜电容上电极和焊区。Cr和NiCr膜主要起粘附作用，Au膜主要起导电和焊接作用。Cr-Au间互扩散严重，影响电阻和金的可焊性。多用溅射法制备。欧姆接触层直接与硅芯片接触，要求与N型或P型硅都能形成良好的欧姆接触。粘附层，将欧姆接触层与二氧化硅以及上层金属粘合起来，以便形成牢固的引线键合点。过渡层，一方面阻挡上层的金属透过粘附层与硅合金形成化合物，一方面要阻挡导电层与下层金属产生高阻化合物。导电层是金属，位于最上层，直接与内引线键合。器件和互连线的尺寸和间距不断缩写，互连线的电阻和电容急剧增加，引起电信号传输延迟。铜的电阻率低，可以代替铝。难溶金属的硅化物因具有较低的电阻率和高的稳定性。 |
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