두꺼운 필름 기술

Thick-film technology

두꺼운 필름 기술은 표면 탑재 장치 모듈, 하이브리드 집적회로, 가열 소자, 통합 패시브 장치 및 센서와 같은 전자 장치/모듈을 생산하는데 사용된다.주요 제조 기법은 스크린 프린팅(스텐실링)으로, 전자 기기 제조에 사용하는 것 외에도 다양한 그래픽 재현 대상에 사용할 수 있다.그것은 1950년대 동안 전자 기기/모듈의 주요 제조/소형화 기술 중 하나가 되었다.전자 장치용 두꺼운 필름 제조 공정으로 제조된 일반적인 필름 두께는 0.0001 ~ 0.1 mm이다.[1]null

두꺼운 필름 회로/모듈은 자동차 산업에서 널리 사용되며, 예를 들어 연료/공기, 압력 센서, 엔진 및 변속기 컨트롤, 에어백 해제용 센서, 에어백 점화 스위치, 공통적으로 높은 신뢰성이 요구되며, 고장 없이 회로의 대규모 열가소사이클을 따라 온도 범위를 확장해야 하는 경우가 많다.e.[2] 다른 응용 분야로는 저비용 및/또는 높은 신뢰성이 필요한 우주 전자제품, 가전제품 및 다양한 측정 시스템이 있다.null

두꺼운 필름 기술을 사용하는 가장 간단한 형태는 모듈 기질/보드인데, 여기서 두꺼운 필름 공정을 사용하여 배선을 제조한다.추가로 저항기와 대형 공차 캐패시터를 두꺼운 필름 방식으로 제조할 수 있다.두꺼운 필름 배선은 표면 장착 기술(SMT)과 호환될 수 있으며, 필요한 경우(허용도 및/또는 크기 요구 사항으로 인해) 표면 장착 가능 부품(저항기, 캐패시터, IC 등)을 두꺼운 필름 기질에 조립할 수 있다.null

두꺼운 필름 장치/모듈의 제조는 스크린 인쇄 공정을 사용하여 전도성, 저항성 및 유전체 층을 전기 절연 기질에 연속적으로 여러 층(일반적으로 최대 6 - 8층)의 연속적인 층을 쌓는 것을 포함하는 첨가 공정이다.[3]null

두꺼운 필름 저항기 네트워크

저비용 제조 방법으로 저항기, 서미스터, 바리스터 및 통합 패시브 장치와 같은 이산형 패시브 소자를 대량으로 생산하는 것이 가능하다.null

두꺼운 필름 기술도 하이브리드 집적회로에서 사용할 대안의 하나로서 PCB(인쇄회로기판)/PWB(인쇄배선판) 기반 SMT와 전자제품 소형화(부품 또는 요소/면적 또는 부피) 및 박막 기술에서 전형적으로 경쟁하고 보완한다.[4]null

단계

일반적인 두꺼운 필름 프로세스는 다음과 같은 단계로 구성된다.

기판 레이저링

일반적으로 두꺼운 필름 회로 기판은 AlO23/alumina, beryllium oxide(BeO), 알루미늄 질화물(AlN), 스테인리스강, 심지어 일부 중합체, 드물게 이산화 규소(Si2)를 코팅한 실리콘(Si)도 있다.[5][6] 대부분의 두꺼운 필름 공정에 사용되는 기판은 94 또는 96% 알루미나이다.알루미나는 매우 단단하고 따라서 재료의 레이서링이 그것을 가공하는 가장 효율적인 방법이다.두꺼운 필름 공정은 하나의 기판이 일반적으로 많은 단위(최종 회로)를 포함하는 소형화 과정이기도 하며, 레이저로 낙서, 프로파일, 드릴 구멍 등이 가능하다.낙서는 레이저 펄스의 라인을 재료로 발사하고 재료의 30~50%를 제거하여 기판을 단일 단위로 쉽게 나눌 수 있는 두꺼운 필름 회로를 만들기 위해 다른 모든 공정을 수행한 후 기질을 약화시키는 레이저 공정이다.예를 들어, 프로파일링은 회로가 원형 튜브나 다른 복잡한 형태를 장착해야 하는 센서에서 많이 사용된다.기질 양쪽 사이를 통해 제공되는 구멍의 천공 크기는 일반적으로 0.15–0.2 mm 범위에 있다.

기판을 가공하기 전의 레이저링은 가공 후 다이아몬드 톱을 사용하여 레이저링 또는 다이싱하는 데 비용상 이점이 있다.null

잉크 준비

전극, 단자, 저항기, 유전층 등의 잉크는 일반적으로 화면 인쇄를 위한 페이스트를 만들기 위해 용제(세라믹 두꺼운 필름 페이스트) 또는 폴리머 페이스트에 필요한 금속 또는 세라믹 파우더를 혼합하여 제조한다.균일한 잉크를 얻기 위해 잉크의 혼합된 구성품을 3롤 밀을 통해 전달할 수 있다.대신에, 기성 잉크는 두꺼운 필름 기술자를 위한 제품을 제공하는 몇몇 회사로부터 얻을 수 있다.null

화면 인쇄 및 개선 사항

화면인쇄는 무늬로 짠 메쉬스크린이나 스텐실을 통해 스퀴지를 이용해 잉크를 전달하는 과정이다.[8]null

정확도 향상을 위해 기존의 스크린프린팅 포토이미지(photimageable thick-film) 기술의 집적밀도를 높이고 라인 및 공간 정확도를 향상시켰다.그러나 이러한 재료의 사용은 일반적으로 공정 흐름을 변화시키고 다른 제조 도구를 필요로 한다.null

건조/코어링

잉크 정착을 위해 인쇄 후 시간을 허용한 후, 퇴적된 각 잉크 층은 보통 50~200℃(122~392℃)의 적당한 고온에서 건조시켜 잉크의 액체 성분을 증발시키고 최종 가공 전에 처리하거나 저장할 수 있도록 기판에 일시적으로 고정시킨다.폴리머에 기초한 잉크와 이러한 온도에서 경화되는 일부 솔더 페이스트의 경우 이것이 필요한 마지막 단계일 수 있다.어떤 잉크들은 또한 자외선에 노출되어 경화를 필요로 한다.null

사격

두꺼운 필름 공정에 사용되는 많은 금속, 세라믹 및 유리 잉크의 경우 층을 기판에 영구적으로 고정하기 위해 고온(보통 300 °C 이상)의 발화가 필요하다.null

저항기의 연마재 트리밍

점화 후 저항기는 S.S에서 처음 개발한 정밀 연마재 절단 방법을 사용하여 트림할 수 있다.흰색.[9] 이 방법은 미세한 연마재 매체를 포함하며, 보통 0.027mm 산화알루미늄을 포함한다.연마재 절단부는 크기가 서로 다를 수 있는 카바이드 노즐 팁을 통해 공급된다.노즐은 프로브 접점을 통해 저항 소자를 모니터링하고 최종 값에 도달하면 연마 블라스트를 차단하고 노즐이 제로 스타트 위치로 후퇴하는 동안 연마 저항을 통해 전진한다.연마 기법은 잉크 제형에 사용된 유리 프릿트의 열과 균열 없이 매우 높은 공차를 달성할 수 있다.null

저항기의 레이저 트리밍

점화 후 기판 저항기를 정확한 값으로 다듬는다.이 과정은 레이저 트리밍이라고 불린다.많은 칩 저항기는 두꺼운 필름 기술을 사용하여 만들어진다.대형 기판은 저항기가 발사된 상태로 인쇄되어 작은 칩으로 나뉘며, 이 기판은 PCB 보드에 납땜될 수 있다.레이저 트리밍에서는 각 저항을 특정 값과 공차로 트림하는 패시브 트리밍 또는 전원이 켜진 상태에서 회로의 저항기를 레이저 트리밍하여 특정 전압, 주파수 또는 응답에 적응하는 데 피드백이 사용되는 능동 트리밍의 두 모드가 사용된다.null

캐패시터 및 반도체 장착

시만텍 공정의 발전은 실제로 두꺼운 필름 공정에서 진화한다.또한 벌거벗은 다이(캡슐화되지 않은 실제 실리콘 칩) 장착과 와이어 본딩이 표준 공정으로 추가 캡슐화가 모두 필요하지 않아 회로의 소형화 기반을 제공한다.null

원소분리

많은 구성품이 동시에 하나의 기질에서 생산되기 때문에 이 단계가 필요한 경우가 많다.따라서 구성요소를 서로 분리하는 몇 가지 방법이 필요하다.이 단계는 웨이퍼 다이싱에 의해 달성될 수 있다.null

장치 통합

이 단계에서 장치는 보통 인쇄 회로 기판의 형태로 다른 전자 부품과 통합해야 할 수 있다.이는 와이어 본딩 또는 납땜에 의해 달성될 수 있다.null

두꺼운 필름 제조 공정 관리

두꺼운 필름 제조에는 수많은 단계가 있는데, 기질의 거칠기, 온도와 페이스트의 시간, 선택된 스텐실 두께 대 페이스트 타입 등 세심한 관리가 필요하다.[10][11]따라서 사용된 페이스트와 공정 단계의 수는 공정의 복잡성과 최종 제품의 원가를 정의한다.null

두꺼운 필름 기술을 기반으로 한 회로 설계

인쇄 회로 기판 설계에 사용되는 동일하거나 유사한 전자 설계 자동화 도구를 두꺼운 필름 회로를 설계하는 데 사용할 수 있다.그러나 스텐실 제조/제조자와 공구 형식의 호환성은 최종 제조자의 시뮬레이션 및 배치 설계를 위한 기하학적, 전기적, 열적 설계 규칙의 가용성과 더불어 주의가 필요하다.null

참고 항목

참조

  1. ^ Kasap, S.; Capper, P., eds. (2017). Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials. Springer International Publishing. pp. 707–721. ISBN 978-3-319-48933-9.
  2. ^ Lu, B. (2010). "Thick film hybrid technology for automotive applications". 2010 5th International Microsystems Packaging Assembly and Circuits Technology Conference, Taipei: 1–34. doi:10.1109/IMPACT.2010.5699549.
  3. ^ Andrew, W., ed. (1998). Hybrid Microcircuit Technology Handbook (Second Edition). Elsevier Inc. pp. 104–171.
  4. ^ Vandermeulen, M.; Roy, D.; Pirritano, S.; Bernacki, D.; et, al (2004). "High Density Thick Film Substrates for Miniaturized 3D Chip Stacking Packaging Solutions". 37th International Symposium on Microelectronics (IMAPS 2004): Everything in Electronics...Between the Chip and the System. doi:10.13140/RG.2.1.1087.3369.
  5. ^ Zhang, Z.; et, al. (2011). "Failure analysis of thick film resistors on stainless steel as sensing elements". IEEE 12th International Conference on Electronic Packaging Technology and High Density Packaging: 1–5. doi:10.1109/ICEPT.2011.6066957.
  6. ^ Parikh, M.R. (1989). Thick film technology for microelectronics (Thesis). Lehigh University.
  7. ^ Ulrich, R.K.; Scharper, L.W. (2003). Integrated Passive Component Technology, Introduction. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-24431-8.
  8. ^ Romenesko, B.M.; Falk, P.R.; Hoggarth, K.G. (1986). "Microelectronic Thick-film Technology and Applications". Johns Hopkins APL Technical Digest. 7 (3): 284–289.
  9. ^ Trimming system. S. White Company, Industrial Div.
  10. ^ Yebi, A.; Ayalew, B. (2015). "Partial Differential Equation-Based Process Control for Ultraviolet Curing of Thick Film Resins". Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 137 (Oct): 101010/1–10. doi:10.1115/1.4030818.
  11. ^ Willfarht, A.; et., al. (2011). "Optimising Stencil Thickness and Ink Film Deposit". ResearchGate, project: Printed thermoelectric devices: 6–16.

외부 링크