本文敘述了陶瓷金屬化技術(shù)是厚膜工藝中重要的一支，指出有機載體在陶瓷金屬化中的重要地位。強調(diào)在載體中應添加多品種、沸點各異的溶劑和少量觸變劑等組分的必要性。

　　陶瓷金屬化是厚膜漿料中重要的一支。厚膜漿料已廣泛應用于二微器件(微電子半導體器件、微波真空電子器件)，例如：HTCC、LTCC和MLCC的厚膜電路上以及毫米波行波管電子器件、大功率真空電子器件等。厚膜漿料大體可以分為三種，即聚合物厚膜、難熔金屬厚膜(W、Mo)以及有色重金屬和貴金屬厚膜(Cu、Ni和Ag、Au、Pd、Pt)。

　　聚合物漿料是包含有導體、電阻和絕緣體的聚合物材料的混合體，與后兩種厚膜不同，該厚膜只是在100～250℃下固化即可，不需要在1500～1600℃或850～1000℃條件下燒結(jié)。因而，在固化加工之后，其有機聚合物未能去除，從而成為厚膜的組成部分存在，而且，該厚膜通常應用于有機PCB板上，不屬于陶瓷金屬化工藝之列。

　　厚膜漿料通常的兩個共同特點是：①適合于絲網(wǎng)印刷的具有非牛頓流變能力的粘彈性流體;②具有三元典型的組合，即金屬功能相、無機玻璃相和有機載體。厚膜漿料基本分類見圖1。

圖1 厚膜漿料的三種基本分類

1、漿料流變特性的響應和行為

　　漿料具有固體和液體之間的中間特性，既有彈性又有粘性，呈現(xiàn)粘彈性。適當?shù)牧髯兲匦詫�漿料是十分重要的。最簡單的響應是牛頓型，即其在整個剪切速率范圍內(nèi)，剪切應力隨著剪切速率呈線性變化并通過原點，其流變特性見圖2。

　　應該指出：牛頓型漿料不適合于絲網(wǎng)印刷工藝，特別是線條較細，圖形要求精確和高清晰地情況下更是難以為繼。實驗表明：絲網(wǎng)印刷用厚膜漿料應該具有以下兩個特性。

　　(1)某種程度的觸變性

圖2  不同流體的流變行為

　　具有觸變性漿料的特性是剪切速率與剪切應力之比呈非線性，隨著剪切速率的增長，通常漿料粘度變小，漿料變得稀薄，漿料易于流動。反之，剪切速率減小，粘度變大，漿料變得粘稠。這種有攪拌和靜置所支配的結(jié)構(gòu)變化和恢復時間的不同是與不同漿料的組成、性能相聯(lián)系的。印刷時其厚膜漿料粘度變化見圖3。

圖3　印刷時觸變漿料的粘度變化

　　(2)一定數(shù)值的屈服點

　　這是漿料流動所需要的最小壓力，這個壓力應該顯著地高于重力。由于存在有屈服點，所以漿料在靜止條件下不會自行通過絲網(wǎng)而流動。這對漿料粘度較小、膜層較厚、目網(wǎng)偏粗和無掩模印刷工藝的條件下，應顯得更加關(guān)注。

　　綜上所述，根據(jù)不同流體的流變特征，在通常絲網(wǎng)印刷工藝條件下，厚膜漿料以選擇塑性流體為宜，見圖4。

圖4　不同流體的流變行為

　　某種用于印刷工藝優(yōu)良性能的厚膜漿料除了滿足上述兩個基本性能指標外，還應該對其他一性能要求也需適當考慮。例如：漿料粘度、漿料表面張力以及漿料對陶瓷基板的粘附性等。

2、有機載體

　　如前所述，有機載體是厚膜漿料的重要組成，它包含粘接劑、溶劑(稀釋劑)、觸變劑和分散劑等，雖然是暫時的添加物，在厚膜燒結(jié)之后，應盡可能地燒盡，但是，在整個絲網(wǎng)印刷工藝的過程中，顯得十分重要，它顯著影響許多厚膜工藝和性能的參數(shù)。早期在真空電子技術(shù)領(lǐng)域應用的陶瓷金屬化技術(shù)里，比較注重厚膜漿料中金屬和玻璃相配方組成以及性能的研究和開發(fā)，并因此取得許多科研成果。然而，時至今日，隨著其應用領(lǐng)域的不斷開發(fā)和厚膜性能需求的提高，有機載體亦要隨著應用的需求而有所思考和提高，并盡可能與微電子電路用厚膜漿料的特性結(jié)合，做到相互借鑒、取長補短。

　　(1)有機載體的基本要求：① 應是化學惰性。載體與固體粉粒接觸過程中，不發(fā)生化學反應;② 能形成懸浮體。載體與固體粉粒相接觸的界面，張力較小，以保證固體與液體之間有良好的浸潤;③ 載體引入后，使?jié){料有某種特性的流變性，并且粘度適當，可調(diào)節(jié);④ 載體粘接性能好，印刷后致使?jié){料能牢固地粘附于陶瓷表面上;⑤ 溶劑在室溫下應有較低的蒸汽壓，以減少漿料此時此地的快速干燥，避免厚膜在干燥和燒結(jié)前產(chǎn)生微裂紋，同時保持漿料靜置過程中粘度的恒定;⑥ 粘接劑應能溶于多種無毒或少毒的有機溶劑中并生成高強度高韌性的厚膜，在某些特殊應用領(lǐng)域還要求化學穩(wěn)定性好、吸濕小等;⑦ 有機載體中應含有適當?shù)挠|變劑，例如氫化蓖麻油、皂土和少量的分散劑，例如大豆卵磷脂、三乙醇胺等。

　　(2)目前國內(nèi)真空電子器件(包括有源、無源)陶瓷金屬化絲網(wǎng)印刷工藝應用有機載體的現(xiàn)狀和建議：

　　國內(nèi)通常大多廠家、公司采用乙基纖維素作為粘接劑而松油醇作為溶劑，通過不同比例混合兩者而成為有機載體。載體簡便單一，但工藝性差，微觀上反映為時常會出現(xiàn)漿料組成不均勻，分散不好。燒結(jié)后的厚膜產(chǎn)生氣孔和微裂紋。宏觀上表現(xiàn)為封接強度差、氣密性不夠好，熱管理功能不達標。在要求印刷細線條、結(jié)構(gòu)復雜和高清晰的圖形時更是困難。

　　根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)報導：選用的粘結(jié)劑有硝酸纖維素、乙基纖維素和丙烯酸樹脂等，選用的溶劑(稀釋劑)有乙醇、異丁醇、醋酸丁酯、醋酸戌酯、萜品醇(松油醇)、丁醇、丁基卡必醇(二甘醇一丁醚)、檸檬酸三丁酯等。觸變劑有氫化蓖麻油，分散劑有大豆卵磷脂等。

　　需要強調(diào)的是：采用多品種而沸點各不相同的溶劑比引入單一品種的來得好。一般而言，溶劑沸點的高低影響著其揮發(fā)性的強弱。沸點低，揮發(fā)強，沸點高，揮發(fā)弱。不同沸點的溶劑的引入，可使?jié){料在干燥時緩慢而有序的揮發(fā)，并隨著溫度變化而使揮發(fā)呈階梯狀特性。常用溶劑的沸點見表1。

表1　厚膜漿料有機載體中常用溶劑的沸點

3、結(jié)論

　　(1)在厚膜漿料中，難熔金屬厚膜和有色重金屬、貴金屬厚膜技術(shù)是兩種在工藝和性能上皆不甚相同的，在生產(chǎn)和開發(fā)電子器件上都是至關(guān)重要的。在混合微電子電路領(lǐng)域前者用于HTCC，后者用于LTCC。

　　(2)真空電子器件、真空開關(guān)管管殼等陶瓷金屬化的漿料技術(shù)，應該適應日后電子器件的發(fā)展。例如，推薦有機載體的粘接劑選用乙基纖維素，采用多品種溶劑，適當添加觸變劑、分散劑、流平劑等，以提高陶瓷金屬化和封接的質(zhì)量水平。

　　(3)微電子高密度封裝，近年來受到國家和行業(yè)的高度重視，資助經(jīng)費頗豐，取得了多項科研成果，應向其學習交流，努力將封接技術(shù)進到一個新的水平。