《厚膜沉積技術》課件

厚膜沉積技術厚膜沉積技術是一種采用印刷或涂敷工藝在基板表面形成厚膜電路的新型電子制造工藝。該技術具有制造成本低、加工簡單等優(yōu)點,廣泛應用于各種電子產(chǎn)品的制造中。什么是厚膜沉積技術?定義厚膜沉積技術是一種在基板表面形成厚度為10-100微米的功能膜層的制造方法。它與薄膜技術相區(qū)別,適用于制作電子功能器件。特點厚膜沉積技術具有制程簡單、成本低、生產(chǎn)效率高等特點,可大規(guī)模制造各種電子元器件。應用這種技術廣泛應用于電阻、電容、電感、傳感器、微波器件等電子元器件的制造。厚膜沉積技術的特點厚度控制厚膜沉積技術可以制造厚度從幾微米到幾百微米的膜層，滿足不同應用場景的要求。表面質量厚膜工藝可以實現(xiàn)良好的表面平整度和均勻性，為后續(xù)工藝提供良好基礎。成本優(yōu)勢相比薄膜工藝，厚膜沉積技術通常更加簡單高效，可大幅降低制造成本。工藝靈活性厚膜沉積工藝可通過調整材料配方和沉積參數(shù)實現(xiàn)對膜層特性的精細調控。薄膜沉積技術與厚膜沉積技術的區(qū)別1膜厚差異薄膜通常在納米到微米級厚度范圍內,而厚膜則可達到微米至毫米級別。2制備工藝薄膜采用真空沉積等精細工藝,而厚膜則常使用涂覆、印刷等相對簡單的工藝。3應用領域薄膜廣泛用于微電子、光電子等領域,而厚膜主要應用于傳感器、電子元件等領域。4性能要求薄膜對厚度、均勻性、致密度等要求較高,而厚膜更關注膜層的機械性能。厚膜沉積技術的應用領域電子產(chǎn)品厚膜沉積技術廣泛應用于電子產(chǎn)品,如電子元器件、電路板和傳感器等的制造,提供可靠的導電、絕緣和抗腐蝕性能。工業(yè)設備厚膜沉積技術用于工業(yè)設備的關鍵部件,如壓力、溫度和濕度傳感器,提高設備的可靠性和穩(wěn)定性。汽車電子應用于汽車電子系統(tǒng),如燃油噴射、制動和點火系統(tǒng),提高可靠性并降低成本。常見的厚膜沉積技術刷涂法將厚膜材料懸浮于溶劑中,利用毛刷或滾筒將材料均勻地刷涂在基板表面,干燥后形成厚膜。較簡單易操作,但難以控制膜層厚度。印刷法利用絲網(wǎng)、網(wǎng)版或刮刀將厚膜材料壓印在基板表面,形成所需圖案。操作靈活,可實現(xiàn)圖案化沉積,但需要專用設備。電泳法將基板浸入懸浮有厚膜材料顆粒的溶液中,在電場作用下,顆粒沉積在基板表面形成厚膜。能夠實現(xiàn)均勻沉積,但對基板要求較高。濺射法利用真空腔室,通過離子轟擊靶材,將靶材原子濺射到基板表面,形成厚膜?？煽匦詮?適用于多種材料,但設備投資大。刷涂法調配涂料根據(jù)工藝要求調配合適粘度和流動性的涂料?；孱A處理清洗基板表面,確保潔凈無塵。涂布使用刷子或滾筒均勻涂布涂料到基板表面。干燥將涂布后的基板置于干燥爐中經(jīng)過高溫烘烤。印刷法1網(wǎng)印利用網(wǎng)版進行印刷2絲網(wǎng)印刷利用絲網(wǎng)上的圖案進行印刷3數(shù)字噴墨印刷利用數(shù)字噴墨技術進行印刷印刷法是厚膜沉積技術的一種重要方法。它利用網(wǎng)版、絲網(wǎng)或數(shù)字噴墨等方式將厚膜材料沉積到基板表面。該方法操作簡單、設備投資較低、生產(chǎn)效率較高,是厚膜制造中應用最廣泛的工藝之一。電泳法1浸入電泳槽將基板浸入含有涂料粒子的電泳液中2通電沉積在電壓的作用下,涂料粒子被吸附到基板表面形成涂層3烘干固化經(jīng)過干燥后,涂層得到固定電泳法是一種利用電場力驅動涂料顆粒沉積到基板表面的厚膜沉積技術。它能夠在短時間內形成相對均勻的厚膜涂層,適用于復雜形狀的基板。通過調節(jié)電壓、時間等參數(shù),可以精確控制涂層厚度。濺射法1真空腔室濺射法在真空腔室內進行,確保膜層沉積過程中的潔凈環(huán)境。2靶材濺射通過離子轟擊或電子轟擊,將靶材原子或分子濺射并沉積到基板表面。3控制參數(shù)濺射電壓、氣體壓力、流量等參數(shù)需要精確控制以獲得理想的膜層質量?；瘜W氣相沉積法氣體前驅體進入氣體前驅體如金屬鹵化物、有機金屬等以氣體形式進入反應室。熱分解反應在高溫條件下,氣體前驅體發(fā)生熱分解反應,生成純凈的固體膜層。膜層沉積反應生成的固體顆粒沉積在基板表面,形成所需厚度的膜層。氣體排出反應后的氣體經(jīng)過收集和凈化處理后排出。各種厚膜沉積工藝的優(yōu)缺點對比5工藝5種主要厚膜沉積工藝2-10μm厚度典型厚膜沉積層厚度范圍$10-100成本每平方厘米的沉積成本10-15%良率工藝合格率1刷涂法良好的均勻性,成本低,適用于大面積沉積,但工藝復雜,不太適用于微細結構。2印刷法操作簡單,成本低,適用于微細結構,但重現(xiàn)性和厚度控制較差。3電泳法沉積效率高,可控性強,但設備投資大,適用范圍窄。4濺射法厚度均勻性好,可控性強,但設備投資大,沉積速率低。5化學氣相沉積法厚度可控,沉積速率快,但設備復雜,需要高真空環(huán)境。刷涂法的工藝流程1基板清潔首先需要對基板表面進行徹底清潔,去除雜質和污染,為后續(xù)涂覆做好準備。2材料配制將厚膜材料和溶劑按照特定比例混合,攪拌均勻,形成適合刷涂的漿料。3涂覆使用專業(yè)刷具在基板表面均勻地涂刷材料漿料,控制涂覆厚度。4干燥固化將涂覆好的基板放入烘箱進行干燥和固化處理,以確保膜層結構穩(wěn)定。印刷法的工藝流程1絲網(wǎng)印刷制作絲網(wǎng)版2涂覆漿料在絲網(wǎng)上涂覆導電或絕緣漿料3轉印燒結利用壓力將漿料轉移到基板表面并燒結固化印刷法是一種常見的厚膜沉積技術,通過制作預先設計好的絲網(wǎng)版,將導電或絕緣漿料均勻涂覆在網(wǎng)孔上,再利用壓力將漿料轉移到基板表面并燒結固化,從而制造出所需的厚膜電路或器件。這種工藝簡單、成本低且適合批量生產(chǎn)。電泳法的工藝流程1浸漬基板浸入帶有待沉積材料的電解液中2施加電壓通過電極施加電壓,使待沉積材料在電場作用下向基板表面移動3沉積待沉積材料在基板表面形成均勻的厚膜層4燒結將基板置于高溫下進行固化,形成最終的厚膜結構電泳法是一種通過電場作用沉積厚膜的技術,主要步驟包括浸漬、施加電壓、沉積和燒結。該工藝簡單、成本低,適用于制造陶瓷、金屬等厚膜材料,廣泛應用于電子器件的制造。濺射法的工藝流程1真空腔室準備首先將待涂基板放置于真空腔室內,并對腔室內部進行真空抽氣和清潔。2靶材放置將合適的靶材放置于濺射源位置,準備開始濺射過程。3濺射過程啟動濺射電源,在真空環(huán)境下進行離子轟擊,將靶材物質噴濺至基板表面。4基板移出濺射完成后,打開腔室將涂有薄膜的基板取出進行后續(xù)加工。化學氣相沉積法的工藝流程基板預處理對基板表面進行細致清潔,去除雜質和污染,保證后續(xù)化學反應的順利進行。反應室充氣將反應室充入所需的反應氣體,如氮氣、氫氣、氧氣等,為后續(xù)沉積做好準備。加熱基板將基板加熱到合適的反應溫度,確保反應氣體能夠在基板表面發(fā)生化學反應。化學反應反應氣體在基板表面發(fā)生化學反應,在基板上逐層沉積形成所需的薄膜結構。冷卻處理沉積完成后,將基板冷卻至室溫,以便后續(xù)的表征檢測和進一步加工。厚膜材料的種類及特性1金屬厚膜材料常見的金屬厚膜材料包括鉑、金、銀、銅等,具有良好的導電性和耐腐蝕性,廣泛應用于電子電路、傳感器等領域。2陶瓷厚膜材料陶瓷厚膜材料如氧化鋁、氧化鋯等,具備優(yōu)異的絕緣性、耐高溫性和機械強度,用于制造電子元件和高溫環(huán)境下的傳感器。3玻璃厚膜材料玻璃厚膜材料如鈉鈣玻璃、硼硅玻璃等,具有良好的絕緣性和耐高溫性,廣泛應用于電子封裝和隔離領域。4高分子厚膜材料高分子厚膜材料如聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂等,具有良好的絕緣性、耐化學腐蝕性和可處理性,用于柔性電路和微生物傳感器等。金屬厚膜材料優(yōu)良的導電性金屬材料具有出色的導電性,能夠保證厚膜電路的良好導通性能。出色的耐熱性金屬厚膜材料在高溫環(huán)境下依然能夠保持穩(wěn)定的物理化學性能。優(yōu)異的機械強度金屬厚膜材料具有良好的抗拉伸、抗壓縮和抗剪切能力,能夠承受各種機械應力。陶瓷厚膜材料高性能陶瓷陶瓷厚膜材料具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕、絕緣性等特性,廣泛應用于電子、航天等領域。綠色環(huán)保多數(shù)陶瓷厚膜材料采用無毒無害的原料,制造過程清潔高效,符合環(huán)保要求。高可靠性經(jīng)過嚴格的工藝控制,陶瓷厚膜元件具有良好的可靠性和穩(wěn)定性,廣泛應用于工業(yè)控制等領域。玻璃厚膜材料特性優(yōu)勢玻璃厚膜材料具有良好的耐高溫、耐腐蝕、絕緣性等特性,廣泛應用于電子、光電等領域。常見類型常見的玻璃厚膜材料包括硼硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、鍺玻璃等,各有不同的性能和應用。制備工藝玻璃厚膜材料通常采用濺射、化學氣相沉積等工藝進行制備,以獲得所需的厚度和性能。高分子厚膜材料優(yōu)異耐化學性高分子厚膜材料具有優(yōu)異的化學和腐蝕抗性,能夠withstand各種酸、堿、溶劑的侵蝕。出色的電絕緣性能高分子材料通常絕緣性能優(yōu)異,可用于制造電子電路的絕緣層。良好的機械強度相比傳統(tǒng)的無機材料,高分子材料通常具有更好的韌性和拉伸強度。廣泛的應用領域高分子厚膜材料被廣泛應用于微電子、能源電子、生物醫(yī)療等領域。厚膜沉積設備的組成1基板上料系統(tǒng)負責將清潔的基板自動送入沉積設備。可采用機器人或傳送帶等機構。2涂覆系統(tǒng)通過刷涂、旋涂、噴涂等方式在基板上均勻地涂覆厚膜材料。3干燥系統(tǒng)對涂覆的膜層進行熱處理,使其充分干燥固化?？刹捎眉t外爐、隧道爐等。4后處理系統(tǒng)包括燒結、切割、金屬化等工序,賦予厚膜復雜的功能和結構?；迳狭舷到y(tǒng)自動化上料基板上料系統(tǒng)通常采用自動化設備,如傳送帶或機械手臂,用于將基板快速高效地傳送到下一個工藝環(huán)節(jié)。多種基板適應上料系統(tǒng)可處理各種形狀和尺寸的基板,如平板、圓片、異型等,確保工藝流程的靈活性。精確定位上料系統(tǒng)能夠精準定位基板,確保后續(xù)工藝的一致性和可重復性,提高產(chǎn)品質量。潔凈操作上料系統(tǒng)通常設置在潔凈環(huán)境中運行,以確?；灞砻娌皇芪廴?適用于微電子等高精度領域。涂覆系統(tǒng)涂料涂覆裝置涂覆系統(tǒng)是用來將涂料均勻地涂布在基板表面的關鍵設備。它包括涂料供給裝置、涂料涂布裝置和基板輸送裝置等。噴涂涂覆噴涂是最常見的涂覆方式之一。通過壓縮空氣或液壓原理將涂料噴灑到基板表面，實現(xiàn)均勻涂布。輥涂涂覆輥涂是另一種常見的涂覆方式。通過輥筒帶動涂料在基板表面的滾動涂布,能夠實現(xiàn)精確控制膜厚。干燥系統(tǒng)溫度控制精準控制干燥溫度以確保膜層質量。適當?shù)臏囟瓤纱龠M溶劑蒸發(fā)并固化涂層。濕度管理調節(jié)干燥環(huán)境濕度,防止膜層吸潮變形或開裂。恰當?shù)臐穸扔欣谕繉拥木鶆虺尚汀＿B續(xù)干燥采用傳送帶式干燥爐,實現(xiàn)批量生產(chǎn)中的連續(xù)輸送和干燥,提高效率。印刷系統(tǒng)印刷機構印刷系統(tǒng)包括活字版、網(wǎng)版、噴墨等不同的印刷機構,根據(jù)材料的特性選擇合適的印刷方式。印刷精度通過對印刷機構參數(shù)的精確調控,可實現(xiàn)高精度的圖案和文字印刷,滿足厚膜器件的要求。印刷速度現(xiàn)代化的印刷系統(tǒng)可實現(xiàn)大批量、高速度的印刷生產(chǎn),提高厚膜沉積的效率。電泳系統(tǒng)電泳沉積原理電泳沉積利用帶有電荷的膜材料在電場作用下移動并附著在基板表面的原理,可以實現(xiàn)均勻、連續(xù)的膜層沉積。電泳沉積設備電泳沉積系統(tǒng)包括電源、電泳槽、基板夾具等部件,能夠精準控制電壓、電流,確保沉積膜層質量。電泳涂裝工藝流程電泳涂裝工藝包括基板預處理、電泳沉積、烘干等步驟,能夠快速高效地形成致密均勻的膜層。真空腔室系統(tǒng)真空控制通過精密的真空泵和閘閥系統(tǒng),實現(xiàn)厚膜沉積過程中的高真空環(huán)境,確保良好的膜層質量。氣體調節(jié)可根據(jù)工藝需求,精確調節(jié)反應氣體的成分和流量,為膜層沉積提供最佳條件。溫度控制利用加熱和冷卻系統(tǒng),對反應室內的溫度進行精細調節(jié),確保工藝參數(shù)穩(wěn)定。清潔度控制通過高性能的過濾系統(tǒng)和超凈處理,確保反應室內保持潔凈,避免顆粒污染。厚膜沉積工藝的質量控制基板表面清潔度控制基板表面的清潔度對厚膜沉積質量至關重要。需要采用酸堿清洗、離子轟擊等方法確保基板表面無塵埃和雜質。膜層厚度控制通過調整沉積參數(shù)如時間、溫度、流量等來控制膜層厚度,確保產(chǎn)品一致性。采用測厚儀等手段實時監(jiān)測厚度。膜層微結構控制精細控制沉積工藝參數(shù),可調節(jié)膜層的晶粒大小、取向和缺陷等微觀結構,實現(xiàn)所需的電學、光學性能。膜層附著力控制通過優(yōu)化基板預處理、中間層沉積等工藝,可增強膜層與基材之間的結合力,提高可靠性。基板表面清潔度控制檢測表面污染采用光學顯微鏡等手段仔細檢查基板表面是否存在灰塵、油污等污染物。表面清洗針對不同類型的污染,選用合適的清洗方法,如溶劑清洗、超聲波清洗等。質量控制反復檢查并確?；灞砻鏉崈魺o污,滿足厚膜沉積的要求。膜層厚度控制1測量精度采用高精度測厚儀,確保測量數(shù)據(jù)的準確性。2工藝參數(shù)優(yōu)化通過調整涂覆速度、烘干溫度等工藝參數(shù),精確控制膜層厚度。3實時監(jiān)控利用在線檢測系統(tǒng),實時監(jiān)控膜層厚度,及時調整工藝參數(shù)。4統(tǒng)計過程控制采用統(tǒng)計過程控制(SPC)技術,持續(xù)改進膜層厚度的穩(wěn)定性。膜層微結構控制晶粒尺寸控制通過調整沉積條件,如溫度、壓力和時間等,可以精確控制膜層的晶粒尺寸,從而達到優(yōu)化膜層性能的目標。結構取向調控選擇合適的沉積方法和參數(shù),可以調控膜層的結構取向,使其具有特定的晶體學取向,從而提高膜層的各向異性性能。缺陷密度管控精細控制沉積工藝,降低膜層內部的缺陷密度,可以有效提高膜層的機械、電學和光學性能。界面質量優(yōu)化通過表面預處理和嚴格的沉積條件控制,可以改善膜層與基底之間的界面質量,從而增強膜層的附著力和穩(wěn)定性。膜層附著力控制1基板表面