厚膜燒結曲線和燒結氣氛的設置

1、 概述： 

       燒結是制造厚膜混合電路的重要工序之一，亦稱燒成。在整個燒結過程中，發生有機粘合劑燃燒，玻璃粉料和材料的熔融、分解、化合等物理化學變化。厚膜元件及互聯線的質量與燒結曲線和燒結氣氛有密切的關系。 燒結過程包括加溫、在峰值溫度下保溫、然后降溫等幾個階段。燒結條件也稱燒結規范，包括升溫速率、峰值溫度、保溫時間、降溫速率、燒結氣氛等等。通過燒結，固態物質在高溫條件下產生固相反應，使顆粒結成一體，達到了最大的致密度和強度，并具有了一定的電氣特性。印刷膜在外觀上、構造上和性能上都發生了一系列的變化，為了獲得所需要的性能和良好的再現性，除選用合適的材料外，必須嚴格控制燒結條件。

 2、 燒結曲線 

      燒結爐中所設置的燒結曲線，首先必須保證漿料的要求，峰值溫度必須高于有機粘合劑燃燒溫度與玻璃的軟化點。峰值燒結應在有機粘合劑完全燒盡以后才開始，否則燃燒氣體將影響燒結氣氛，不利于厚膜的良好形成。保溫時間的確定主要考慮使反應充分，膜層結構穩定，晶粒大小均勻。降溫速率不能過快，否則溫度梯度太大，膜層內部將產生內應力，影響性能的穩定性。另外在帶寬較寬的燒結爐中還要保證各個溫區橫向溫度的均勻，溫度偏差在±2℃以內。 850℃燒結曲線是厚膜燒結中最通用的曲線，以燒結美國杜邦公司生產的導體漿料和電阻漿料為例，來說明燒結曲線的設置。根據燒結周期的不同，杜邦公司生產的導體漿料和電阻漿料可用60分鐘和30分鐘兩種曲線進行燒結。表1中列出了在燒結爐中設置兩種850℃燒結曲線時要注意的幾個關鍵問題。 850℃燒結曲線溫度的關鍵點 表1 燒結時間 升溫速率 峰值溫度 保溫時間 降溫速率 30分鐘曲線 30分鐘 100℃/分鐘 850±2℃ 10±1 100℃/分鐘 60分鐘曲線 60分鐘 50℃/分鐘 850±2℃ 10±1 50℃/分鐘 整個燒結過程中漿料所發生的變化為： （一） 區完成溶劑揮發； （二） 區完成聚合物分解、燃燒； （三） 區玻璃軟化，峰值燒結開始； （四） 區各組份之間的化合、分散、擴散、氧化、還原等化學反應，粉末顆粒相互粘結成鏈狀結構或網狀結構及顆粒結晶； （五） 區玻璃退火，應力消除。 

3、 燒結氣氛： 

      燒結氣氛的選擇主要是根據材料本身的性質以及對燒結膜的性能要求來決定的。

      燒結氣氛將影響下列過程的進行：氧化物的還原和分解，經氣氛和燒結材料相互作用而形成穩定的與不穩定的化合物的出現，雜質的去除，通過氣相的物質遷移，表面擴散等。氣氛可分為氧化性氣氛、還原性氣氛和中性氣氛三類。主要依據材料本身的氧化—還原反應及燒結時反應機理對性能的影響選擇燒結氣氛?，F用杜邦公司的漿料是在氧化性氣氛進行燒結。 

3.1氣流平衡： 燒結爐中空氣流動的方向如圖2所示。

 3.2氣體總量的大?。? 燒結爐中，氣流速度太慢，則除去有機物的能力太弱；氣流速度太快，則會在爐中產生湍流，使燒結曲線不穩定。 圖2中：1位進口氣簾； 6為出口氣簾，保證爐膛內輕微正壓，每小時流量應至少大于進出口腔體體積的120倍； 3為排膠區氣流，與一下六種因素有關； V∝P×L×A×W×S V=排膠區所需要的氣體流量 P=印刷漿料面積與基片面積比 L=燒結爐帶復合因子即基片面積與單位帶面積比 A=印刷漿料的單位面積所需要的氣體量 W=爐帶寬度 S=帶速 2為進口文丘里排氣管； 4為燒結區文丘里排氣管 5為燒結區氣流，其大小為排膠區氣流的1.3倍左右。

 3.3氣體質量 厚膜漿料的燒結，必須無水、無油而且在清潔的空氣中進行。為了保證進入燒結爐的氣體質量，必須選擇有無油處理的空氣壓縮機，并將壓縮機的通風口選擇在空氣中比較干凈的地方，采用三重過濾器過濾空氣，第一個過濾器過濾顆粒尺寸5~25μm，第二個過濾器過濾顆粒尺寸1~5μm，第三個過濾器過濾顆粒尺寸≤1μm，并通過冷干機使空氣干燥。

 4、 應用后的效果： 

      按上述方法對燒結爐的燒結曲線和燒結氣氛進行設置后，經過一年多的應用，發現燒結出的產品一致性和穩定性明顯提高，燒結的產品電性能及外觀不發生波動。使成膜合格率可提高了3%左右。