Свойства диэлектрической пасты пк-1000-30 и конденсаторных структур на ее основе

Вязкость, Па·с	(2–3)·105
Температура обжига, °С	600–650
Удельная емкость, 103 пФ/см2	3,7–7,0
tgδ (f=103 кГц)	0,035
ТКЕ, °С-1	±4·10-4
Толщина, мкм	25– 30

Если ТКР диэлектрических и соприкасающихся с ними слоев сильно различаются, то при термообработке могут возникать трещины. Наличие пузырьков и раковин в слое, появляющихся нередко после обжига, приводит к образованию проколов и тре­щин, резко ухудшающих качество конденсаторов.

Технология получения толстопленочных конденсаторов долж­на обеспечивать отсутствие указанных дефектов, причина которых часто заключается в чрезмерной шероховатости поверхностей проводящего слоя.

Основными технологическими факторами в производстве тол­стопленочных конденсаторов являются, как и в случае резисто­ров, химический и гранулометрический состав паст и режим их вжигания.

9.3. Технология изготовления толстопленочных имс

Процесс нанесения пасты на подложку состоит в том, что она продавливается (метод экструзии) через отверстия трафа­рета и благодаря адгезии с поверхностью подложки удержи­вается на этой поверхности. Толщина осаждаемого материала зависит от толщины и конструкции трафарета, давления ракеля (лезвия из тонкого эластичного материала) и других факторов.

По мере движения ракеля вдоль трафарета паста заполняет его открытые участки. После того как ракель проходит через данную точку, трафарет больше не подвергается давлению и постепенно отходит от поверхности подложки. Высота положе­ния ракеля регулируется так, чтобы он достаточно плотно при­легал к трафарету и создавал контакт между трафаретом и под­ложкой. Расстояние между трафаретом и подложкой обычно со­ставляет 0,25– 1,3 мм и зависит от размеров подложки, типа трафарета, реологии пасты.

Технологические факторы (скорость перемещения и давле­ние ракеля, угол его наклона и плотность прилегания к поверх­ности трафарета) по-разному влияют на толщину, реологию, чет­кость и воспроизводимость печатных элементов. Влияние подлож­ки определяется ее чистотой и шероховатостью поверхности, приемлемое значение которой составляет 0,3 –0,6 мкм.

В зависимости от свойств паст профили слоев (реологии) могут быть различными (рис. 9.5). Профиль А характерен для паст умеренной текучести, профиль Б –для паст с большой те­кучестью и профиль В – для паст с малой текучестью (желе­образная паста).

Рис. 9.5. Реология рисунка (про­филь) различных паст после нанесе­ния их через трафарет.

Между толщиной и шириной линии рисунка существует слож­ная взаимосвязь, зависящая от многих факторов трафаретной печати. Типичная кривая этой зависимости представлена на рис. 9.6, где выделяются три отдельных участка (а, b, с) и две переходные точки (1 и 2). На участке а толщина линий прямо пропорциональна ее ширине. Для проводящих слоев этот уча­сток имеет большое значение; его ширина может составлять 0,4–0,5 мм. Наклон прямой зависит от числа отверстий в тра­фарете, приходящегося на единицу его площади (рис. 9.7). При заданной ширине линии на этом участке можно получить соот­ветствующую толщину слоя.

Рис. 20.6. Взаимозависимость толщи­ны и ширины линии рисунка после нанесения пасты через сетчатый тра­фарет: 1,2 — переходные точки

Рис. 20.7. Зависимость толщины линии от ширины для трафаретов с различным числом отверстий (цифры указывают чис­ло отверстий на квадратный миллиметр сетки трафарета)

Участок b характеризуется серией кривых между максиму­мом в переходной точке 1 и переходной точкой 2, расположен­ной на пересечении участка b с горизонтальным участком с кри­вой. Воспроизводимость участка b в технологии нанесения пасты в значительной мере зависит от угла наклона, давления и ско­рости движения ракеля и других параметров процесса. Влияние этих факторов сказывается на расстоянии, на которое опускает­ся сетка трафарета, и на величине векторных сил, приложенных к пасте. Соответственно изменяется положение кривых на участ­ке Ь.

На участке с толщина линии существенно не меняется, осо­бенно при небольшом числе отверстий в трафарете. Изменение толщины линии на участке с может происходить, например, в случае, когда сетка вдавливается в подложку.

Характер зависимостей толщины и ширины линий в процес­сах сеткографии очень сложен и определяется видом пасты, кон­струкцией сетки и параметрами ТП.

Распределение пасты между поверхностями трафарета и подложки зависит от степени их смачиваемости пастой, а так­же шероховатости поверхности платы и адсорбции связующего компонента пасты поверхностью рисунка. Если поверхности под­ложки и трафарета эквивалентны и перемещаются с одинако­вой скоростью, то паста должна распределяться примерно по­ровну между ними. Для улучшения коэффициента переноса па­сты можно использовать электростатические методы.

При движении ракеля верхняя поверхность трафарета остает­ся чистой, но при этом количество пасты, застывшей в нижней его части, не регулируется. Эта масса определяется реологией пасты и связанными с ней скоростью перемещения ракеля и временем отделения трафарета от подложки. Чем меньше рас­стояние между краями линий рисунка, тем большая масса па­сты осаждается на его поверхности, что приводит к снижению коэффициента переноса пасты. Увеличение расстояния между краями линий рисунка пропорционально увеличивает массу пе­реносимой на плату пасты. Этим можно объяснить возрастание толщины линий рисунка на участке а кривой переноса.

Вязкость пасты должна иметь такое значение, чтобы, с од­ной стороны, паста оказывала сопротивление проталкиванию между маской и подложкой в процессе печати, а с другой–затекала под воздействием силы тяжести на края первоначаль­но полученного изображения.

Перенос пасты, определяемый толщиной элементов ИМС, обычно возрастает при большем давлении и меньшем угле на­клона ракеля, а также большем объеме пасты перед ракелем и меньшей скорости его движения. Очевидно, что уменьшение угла наклона ракеля увеличивает вертикальную силу, действую­щую на пасту и проталкивающую ее через трафарет. При малых скоростях движения ракеля требуется больше времени для пол­ного заполнения пастой.

После того, как паста нанесена на подложку, она подсуши­вается при температуре 100 ... 150°С, в результате чего удаля­ются летучие составляющие. Затем паста обжигается при тем­пературах 600– 1800 °С в зависимости от ее состава и тех­нологии изготовления ИМС.

Температура вжигания поддерживается постоянной с точно­стью ±2°С. Для вжигания используются конвейерные печи с ламинарным потоком газа. Скорость движения конвейера выби­рается при разработке технологии и, как правило, поддержи­вается с точностью 1 %. Обычно для вжигания паст она состав­ляет от 25 и до 250 мм/мин.

При обжиге органическая связка пасты выгорает, а стеклян­ный порошок плавится, смачивает частицы пасты и при охлаж­дении обеспечивает сцепление их между собой и с керамиче­ской подложкой. Полученные при этом слои имеют толщину 5–50 мкм. При вжигании материал пасты прочно схватывается с под­ложкой.

Температура вжигания неодно­значно влияет на пасты разного с'остава. Для одних составов паст повышение температуры вжигания приводит к увеличению сопротивле­ния, для других — наоборот, к уменьшению. Режимы термообра­ботки в конвейерной печи при вжи­гании паст показаны на рис. 9.8.

Рис. 9.8. Режимы термообработ­ки в процессе вжигания паст:

1–сушка пасты; 2–выжигание органи­ческой связки; 3–спекание; 4–охлаж­дение

Влияние скорости передвижения образцов в конвейерной печи на электрофизические параметры сло­ев более однозначно. Как правило, с увеличением этой скорости при ус­ловии постоянства пиковой температуры в печи сопротивление слоев уменьшается. Обычно эта скорость находится в пределах 12... 18 мм/мин.

К режиму газового потока в печи параметры создаваемых слоев менее критичны.

Следует отметить недостаточную изученность технологических процессов получения толстых слоев. И это несмотря на то, что толстопленочная технология производства ИМС благодаря своей простоте занимает в промышленной практике одно из ведущих мест.