厚膜材料新技術(shù)趨勢(shì)研究——光刻型厚膜漿料

作者：深圳市微納制造產(chǎn)業(yè)促進(jìn)會(huì)

我們之前的文章介紹了厚膜電路技術(shù)和薄膜電路技術(shù)的工藝流程、技術(shù)對(duì)比以及各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用。工藝和材料是相輔相成的，技術(shù)工藝的發(fā)展離不開材料的改進(jìn)和創(chuàng)新。

單針對(duì)厚膜電路技術(shù)，其核心材料厚膜漿料就在電子產(chǎn)品制造過程中，應(yīng)用的行業(yè)領(lǐng)域十分廣泛，包括消費(fèi)電子、汽車、物聯(lián)網(wǎng)、電信、生物醫(yī)學(xué)、太空和軍事等。電子產(chǎn)品的持續(xù)進(jìn)步需要?jiǎng)?chuàng)新的功能材料來制造更小、更薄、更靈活的產(chǎn)品。

厚膜材料分類

厚膜材料的類別包括用于制造電子電路的各種功能性油墨和漿料。這些材料通常通過印刷沉積，厚度在 10 到 20 μm 之間。

厚膜材料是由樹脂、玻璃粉、貴金屬粉末、附著劑、粘合劑、溶劑或稀釋劑等各種原材料成分組成的粘性混合物。其中，主體的貴金屬粉末或介質(zhì)粉末是主要的功能成份，玻璃粉起粘結(jié)附等輔助作用。厚膜材料可以作為導(dǎo)體、電阻或絕緣體，這取決于其原材料。根據(jù)其功能，厚膜材料被稱為導(dǎo)電漿料、電阻漿料和電介質(zhì)漿料。

圖：厚膜漿料體系歸類

用于制造厚膜材料的原材料的類型決定了產(chǎn)品的類型和應(yīng)用。在厚膜材料制造中使用的有機(jī)粘結(jié)劑和稀釋劑統(tǒng)稱為“載體體系”，因?yàn)樗鼈冏鳛檩d體將活性元素和粘合劑運(yùn)輸?shù)交?，載體的成份構(gòu)成會(huì)直接影響工藝的施工效果。厚膜材料通常被稱為“漿料”，因?yàn)樗鼈兪呛隣畈牧系男问健＿@種產(chǎn)品有時(shí)也被稱為“墨水”或“油墨”。

厚膜材料應(yīng)用

對(duì)于導(dǎo)電應(yīng)用，導(dǎo)電漿料是通過在基混合物中添加某些導(dǎo)電元素，如貴金屬來制造的。用于制造導(dǎo)電漿料體的各種金屬有金、鉑、銀、鈀、銅、鎳等。

在電阻應(yīng)用中，金屬氧化物和專門的聚合物涂層被添加到基礎(chǔ)混合物中以制造電阻漿料。

對(duì)于介電或絕緣應(yīng)用，有各種材料被用作絕緣應(yīng)用的屏障。用于絕緣應(yīng)用的厚膜材料也被稱為釉上漿料，因?yàn)樗鼈兛梢杂脕硇迯?fù)損傷。

另一種產(chǎn)品類型稱為聚合物厚膜材料，用于生產(chǎn)柔性電路、加熱器、印刷電路板和其他應(yīng)用。厚膜材料用于電路板、電子元件、低溫共燒陶瓷（LTCC）、高溫共燒陶瓷（HTCC）、傳感器、加熱器、光伏等具有導(dǎo)電、電阻和絕緣功能的部件。

圖：厚膜材料的應(yīng)用

厚膜材料市場(chǎng)發(fā)展

據(jù)研究機(jī)構(gòu)BCC Research數(shù)據(jù)，全球厚膜材料市場(chǎng)將從2021年的149億美元增長(zhǎng)到2026年的210億美元，2021-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為7.0%。其中，太陽(yáng)能電池的厚膜材料市場(chǎng)將從2021年的52億美元增長(zhǎng)到2026年的76億美元，2021-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為7.8%。電子元件的厚膜材料市場(chǎng)將從2021年的27億美元增長(zhǎng)到2026年的37億美元，2021-2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為6.4%。

厚膜漿料新技術(shù)趨勢(shì)——黃光化

隨著電子產(chǎn)品小型化的產(chǎn)品進(jìn)化過程在加速，直接影響整機(jī)體積的電子元器件也越發(fā)對(duì)小型化有更迫切的需求。從二十一世紀(jì)的第二個(gè)十年開始，如何實(shí)現(xiàn)小的線寬線距的制造，已經(jīng)成為元器件產(chǎn)業(yè)的極為重要的課題。由于這一產(chǎn)業(yè)的特性，半導(dǎo)體光刻技術(shù)無法大范圍使用，因此，由行業(yè)領(lǐng)軍者引導(dǎo)，元器件產(chǎn)業(yè)開始尋找屬于自己行業(yè)的小線寬線距技術(shù)。

基于以上原因，在低精度的印刷厚膜技術(shù)中引入高精度的光刻技術(shù)元素，成為產(chǎn)業(yè)的最優(yōu)選項(xiàng)。厚膜漿料的光刻功能植入（也叫“黃光化”）也成為了這一產(chǎn)業(yè)進(jìn)化過程的起點(diǎn)。

2014年，村田首先披露了自研的融合光刻的新的厚膜電路工藝技術(shù)Thick Film Lithography（“厚膜光刻”或“厚膜光蝕”），將多層陶瓷的量產(chǎn)線寬線距率先達(dá)到30um以下的超高精度區(qū)間，同時(shí)獲得了更好的電路形貌結(jié)構(gòu)，并以此技術(shù)首先量產(chǎn)了最小型號(hào)的01005型電感器，也大幅提升了Q值這一電感器核心技術(shù)指標(biāo)。（https://www.murata.com/en-us/products/inductor/chip/library/feature/rf）

做為厚膜工藝的技術(shù)核心，引入的光刻功能的厚膜漿料，成為這一技術(shù)的最重要環(huán)節(jié)。因?yàn)楸旧聿牧系膶傩?，光刻型厚膜漿料（也稱感光漿料），對(duì)于器件產(chǎn)業(yè)的意義和重要程度，相當(dāng)與半導(dǎo)體制造過程中的“靶材+光刻膠”。下圖可以對(duì)比引入光刻功能的光刻厚膜漿料與普通印刷厚膜漿料的區(qū)別。

光刻厚膜和印刷厚膜的成份比較

成份方面對(duì)比，光刻厚膜漿料與印刷厚膜漿料的最大區(qū)別是有機(jī)載體部分除了印刷屬性外，還要具備光刻屬性?？梢哉J(rèn)為光刻厚膜漿料的有機(jī)載體，是一個(gè)完整個(gè)光刻膠體系，具有光刻膠的感光顯影等成象特性。而光刻厚膜材料從材料歸類上，應(yīng)屬于光刻材料的一個(gè)特殊的類別。

從應(yīng)用方面分析，光刻厚膜漿料專用于量產(chǎn)線寬線距小于30um的電路及相關(guān)電路結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)同一應(yīng)用類型中，低規(guī)格產(chǎn)品一般用印刷厚膜漿料，高技術(shù)指標(biāo)規(guī)格的產(chǎn)品類別需要更小的線寬線距則需要用光刻厚膜漿料制造。按功能劃分，光刻厚膜漿料與印刷厚膜漿料是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

綜上所述，光刻厚膜漿料是一種近年來發(fā)展起來的新興材料，是光刻膠技術(shù)和厚膜金屬化漿料技術(shù)的交叉技術(shù)，也是厚膜電路技術(shù)領(lǐng)域高精度升級(jí)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

近幾年，整套厚膜光刻工藝技術(shù)在國(guó)內(nèi)的導(dǎo)入處于快速上升期，大部分集中于電感器行業(yè)。預(yù)期未來隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)高精度需求的日易增多，厚膜光刻技術(shù)將滲透于混合集成電路、SiP、AiP、MEMS、先進(jìn)封裝、傳感器、無源集成器件等多個(gè)領(lǐng)域。厚膜光刻技術(shù)從材料到核心裝備的系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程也將隨之進(jìn)入快車道。