Ominaisuudet ja sovellukset
Verrattuna ohutkalvohybridiintegroituihin piireihin, paksukalvohybridiintegroiduille piireille on ominaista joustavampi rakenne, yksinkertainen prosessi ja alhaiset kustannukset, ja ne sopivat erityisesti pieniin useiden lajikkeiden erät Tuotanto. Sähköisen suorituskyvyn kannalta se kestää korkeampaa jännitettä, suurempaa tehoa ja suurempaa virtaa. Paksukalvoisten mikroaaltointegroitujen piirien toimintataajuus voi olla yli 4 GHz. Se soveltuu erilaisiin piireihin, erityisesti analogisiin piireihin kulutus- ja teollisuuselektroniikkatuotteille. Paksukalvoverkollisia substraatteja on käytetty laajalti pienoispainetuina piirilevyinä.
Pääprosessi
Jaa piirikaavion mukaan ensin joukko toiminnallisia komponenttikaavioita ja käytä sitten tasoasettelumenetelmää muuntaessasi tasopiiriasetteluksi alustalla ja käytä sitten valokuvakaiverrusmenetelmä langan valmistamiseksi Paksukalvoverkkomalli silkkipainatusta varten. Paksukalvohybridiintegroitujen piirien yleisimmin käytetyt substraatit ovat alumiinioksidikeramiikka, joiden pitoisuus on 96 % ja 85 %; kun vaaditaan erityisen hyvää lämmönjohtavuutta, käytetään berylliumoksidikeramiikkaa. Alustan minimipaksuus on 0,25 mm ja edullisin koko on 35×35-50×50 mm. Pääprosessit paksukalvoverkkojen tekemiseksi alustalle ovat painatus, sintraus ja resistanssileikkaus. Yleisin painomenetelmä on silkkipainatus.
Silipainatusprosessissa seula kiinnitetään ensin painokoneen runkoon ja liitetään sitten stensiili seulalle. tai levitä näytölle valoherkkää liimaa tehdäksesi stensiili suoraan siihen ja aseta se sitten näytölle. Laita substraatti alas, kaada paksukalvoliete ruudulle, purista liete kumilastalla verkkoon ja tulosta se alustalle tarvittavan paksukalvokuvion muodostamiseksi. Yleisesti käytettyjä metalliverkkoja ovat ruostumaton teräsverkko ja nailonverkko, ja joskus käytetään myös PTFE-verkkoa.
Sintrausprosessin aikana orgaaninen sideaine hajoaa ja haihtuu kokonaan, ja kiinteä jauhe sulatetaan, hajotetaan ja yhdistetään tiiviiksi ja vahvaksi paksuksi kalvoksi. Paksun kalvon laatu ja suorituskyky liittyvät läheisesti sintrausprosessiin ja ympäristön ilmapiiriin. Lämpötilan nousunopeuden tulee olla hidas, jotta varmistetaan, että orgaaninen aines poistuu kokonaan ennen kuin lasi virtaa; sintrausaika ja huippulämpötila riippuvat käytetystä lietteestä ja kalvorakenteesta. Paksun kalvon halkeilun estämiseksi on myös jäähdytysnopeutta säädettävä. Yleisin käytetty sintrausuuni on tunneliuuni.
Paksukalvoverkon parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi resistanssi on säädettävä vastuksen laukaisun jälkeen. Yleisesti käytettyjä vastuksensäätömenetelmiä ovat hiekkapuhallus, laser- ja jännitepulssisäätö.
Paksukalvomateriaali Paksukalvolla tarkoitetaan alustalle painatus- ja sintraustekniikalla muodostettua kalvokerrosta, jonka paksuus on useista mikrometreistä kymmeniin mikrometreihin. Tämän kalvokerroksen valmistukseen käytettyä materiaalia kutsutaan paksukalvomateriaaliksi.
Paksukalvomateriaali on eräänlainen maali tai liete, joka muodostuu yhdestä tai useammasta kiinteästä hiukkasesta (0,2-10 mikronia), jotka ovat tasaisesti suspendoituneet kantajaan. Painauksen ja muotoilun helpottamiseksi tahnalla tulee olla sopiva viskositeetti ja tiksotrooppisuus (ominaisuus, että viskositeetti muuttuu ulkoisen voiman vaikutuksesta). Kiinteät hiukkaset ovat kiinteä osa paksua kalvoa, mikä määrää kalvon ominaisuudet ja käyttötarkoitukset. Kantoaine hajoaa ja poistuu sintrausprosessin aikana. Kantaja-aine sisältää vähintään kolme komponenttia, hartsi- tai polymeerisideainetta, liuotinta ja pinta-aktiivista ainetta. Sideaine tarjoaa lietteen perusreologiset ominaisuudet; liuotin laimentaa hartsin ja sitten haihtuu pois painetun kuvion kuivaamiseksi; aktivaattori saa kiinteät hiukkaset tunkeutumaan kantaja-aineeseen ja dispergoimaan ne kunnolla kantajaan.
Paksun kalvon luonteen ja käyttötarkoituksen mukaan käytetään viittä erilaista tahnaa: johdin-, vastus-, dielektrinen, eristys- ja kapselointipasta.
Johdinpastaa käytetään paksukalvojohtimien valmistukseen, jotka muodostavat liitäntöjä, monikerroksisia johdotuksia, mikroliuskajohtoja, juotosalueita, paksukalvovastuksen liittimiä, paksukalvokondensaattorilevyjä ja matalaresistanssia. Hitsausaluetta käytetään erillisten komponenttien, laitteiden ja ulkoisten johtojen hitsaukseen tai liimaamiseen ja joskus myös metallikannen hitsaukseen, jotta koko alustan kapselointi toteutuu. Paksukalvojohtimilla on erilaisia käyttötarkoituksia, eikä ole olemassa pastaa, joka täyttäisi kaikkien näiden käyttötarkoitusten vaatimukset, joten käytetään erilaisia johtavia pastoja. Yleiset vaatimukset johtavalle tahnalle ovat suuri sähkönjohtavuus, vahva tarttuvuus, ikääntymisen esto, alhaiset kustannukset ja helppo juottaminen. Yleisesti käytettyjä metallikomponentteja johtavissa tahnoissa ovat kulta tai kulta-platina, palladium-kulta, palladium-hopea, platina-hopea ja palladium-kupari-hopea.
Paksukalvoisissa johtavissa tahnoissa on sopivan hiukkaskoon metallijauheiden tai metalliorgaanisten yhdisteiden lisäksi sopivan hiukkaskokoisia ja -muotoisia lasijauheita tai metallioksideja sekä orgaanisia kantajia suspendoituneille kiinteille hiukkasille. Lasi voi sitoa metallijauhetta tukevasti alustaan muodostaen paksukalvojohtimen. Yleisesti käytetty alkaliton lasi, kuten borosilikaattilyijylasi.
Paksukalvovastukset ovat varhaisimmin kehitettyjä ja eniten valmistettuja paksukalvokomponentteja paksukalvointegroiduissa piireissä, ja erilaisia vastuksia voidaan valmistaa. Tärkeimmät vaatimukset paksukalvovastuksille ovat korkea resistanssi, alhainen lämpötilavastus ja hyvä vakaus.
Sama kuin johtava pasta, myös vastustahnassa on kolme komponenttia: johdin, lasi ja alusta. Sen johdin ei kuitenkaan yleensä ole metallialkuaine, vaan metallielementin yhdiste tai metallielementin ja sen oksidin komposiitti. Yleisesti käytettyjä tahnoja ovat platinapohjaiset, ruteenipohjaiset ja palladiumpohjaiset vastuspastat.
Paksukalvoeristeitä käytetään pienikokoisten paksukalvokondensaattoreiden valmistukseen. Sen perusvaatimukset ovat suuri dielektrisyysvakio, pieni häviötangentti, suuri eristysvastus, korkea kestojännite, vakaus ja luotettavuus.
Keskitasoinen liete on valmistettu matalassa lämpötilassa sulavasta lasista ja keramiikkajauhehiukkasista, jotka on suspendoitu tasaisesti orgaaniseen kantajaan. Yleisimmin käytetty keramiikka on barium-, strontium- ja kalsiumtitanaattikeramiikka. Lasin ja keramiikan suhteellista pitoisuutta tai keramiikan koostumusta muuttamalla voidaan saada paksuja eristäviä kalvoja, joilla on erilaisia ominaisuuksia erilaisten paksukalvokondensaattorien valmistuksen tarpeisiin.
Paksukalvoeristettä käytetään eristekerroksena monikerroksisissa johdotus- ja ristikkäisjohdoissa. Vaatimukset sille ovat korkea eristysvastus, pieni dielektrisyysvakio ja lineaarinen laajenemiskerroin, joka sopii yhteen muiden kalvokerrosten kanssa. Eristelietteessä yleisesti käytetyt kiinteät jauheet ovat alkalittomia lasi- ja keraamijauheita.
Viiteluettelo
P. J. Holmos ja R.G. Losby, Handbook of Thick Film Technology, Electrochemical Pub., Ayr, Skotlanti, 1975.