Толстые пленки в микроэлектронике, страница 7

Функциональные материалы вводятся в пасту в виде мелких частиц с максимальным диаметром, обычно не превышающим 5 мкм. Закон распределения размеров и форма частиц оказывают сильное влияние на многие важные физические и электрические свойства. В проводниках эти факторы влияют на поведение пасты в процессе трафаретной печати, на характеристики композиции с точки зрения пригодности для монтажа и на ее удельное сопротивление. Изготовление металлического порошка с заданными размерами и формой частиц – дело не легкое.

2. Постоянное связующие

В качестве постоянного связующего применяются легкоплавкие стекла. В проводниковой композиции эти стекла выполняют две функции:

1) удерживают металлические частицы в контакте;

2) обеспечивают закрепление композиции на подложке.

Стекло – твердое тело может быть кристаллическим или аморфным. Стекло является классическим примером аморфного тела.

Поверхностное натяжение стекла и смачивание им металлических частиц определяют механические свойства контактов между частицами металла.

Если стекло образует сплошной слой вокруг каждой частицы, удельное сопротивление композиции будет высоким, поскольку в этом случае между металлическими частицами не будет контактов. Изучение поверхностного натяжения стекла на границе стекла и керамики поможет оценить взаимодействие между постоянным связующим и подложкой. Материал подложки содержит стеклофазу, взаимодействие которой с постоянным связующим обеспечивает получение хорошей связи композиции с подложкой. Надо также учитывать химическую активность стекла и металла. Так как поверхностные загрязнения влияют на удельное сопротивление пригодность к монтажу, то между ними допускается только незначительная реакция.

Последним критерием является тепловое расширение стекла. Нормальным диапазоном температуры обжига толстопленочных схем считается 500-1000⁰С, при этом схемы рассчитаны на работу при температурах от -55⁰С или ниже и до +125⁰С. В этом диапазоне тепловое расширение стекла и подложки должно соответствовать друг другу, в противном случае может растрескивание и шелушение пленок. Даже если растрескивания не будет, то появляющиеся в композиции напряжения, вызванные различием температурных коэффициентов расширения, могут повлиять на их электрические характеристики вследствие точечной природы контактов в пленке.

3. Органические добавки.

Органические добавки вводятся в качестве связующего и для придания текучести смеси твердых функциональных материалов, необходимой для трафаретной печати. Основной важной характеристикой органических добавок является удаление в процессе вжигания. Органические добавки содержат большие количества углерода, Если их не удалить из пасты до достижения максимальной температуры вжигания, произойдет их распад и науглероживание композиции, что в свою очередь может вызвать некоторые нежелательные последствия, Углерод может взаимодействовать как с металлом, так и со стеклофазой. В результате реакции со стеклом выделяются газы, и это приводит к возникновению сквозных отверстий и других нарушений поверхности композиции. Реакция вызывает изменение характеристик точечных контактов (между металлическими частицами).

Существует практически неограниченное число органических жидкостей, отвечающих необходимым требованиям, в числе которых вода, органические растворители, терпены и жидкие смолы. Среди них метиловый, этиловый бутиловый, пропиловый и более высокоосновные спирты, эфиры этих спиртов, скипидар, -β и α- терпинеол. Некоторые органические добавки вводятся для придания пасте оптимальной текучести, необходимой для трафаретной печати.

1.5.2 Классификация проводниковых паст.

1. Однокомпонентные системы.