Представьте, что вы едете и наслаждаетесь пейзажем, как вдруг сильный ливень превращается в проливной ливень. Несмотря на работу дворников на полной скорости, видимость продолжает ухудшаться. Вы останавливаетесь, надеясь, что буря скоро пройдет.
Пока вы ждете, вы не можете не восхищатьсядолговечностьвашей машины. Он выдержал бесчисленные погодные условия, от палящей жары до холода, и до сих пор работает превосходно. Что делает его таким устойчивым?
Ответ кроется в процессе, называемом толстопленочной технологией. Эта инновационная технология создаетэлектронные схемыкоторые могут выдерживать суровые условия окружающей среды за счет наслоения проводящих и резистивных материалов насубстрат.
Толстопленочные компоненты подобны крошечным воинам, защищающим окружающую среду. Они могут выдерживать экстремальные температуры, высокую влажность и даже физические удары и вибрации, что делает их широко используемыми в таких требовательных областях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность ипромышленное применение.
Введение в технологию толстой пленки
Определение и обзор
Толстопленочная технология — это процесс, используемый при производстве электронных схем. Он включает в себя нанесение слоев материалов на подложку, например керамику, стекло или металл, для формирования электронных компонентов. Толщина этих слоев обычно составляет от 10 до 100 микрометров. По сравнению с тонкопленочной технологией, толстопленочная технология имеет более толстые слои материала, что обеспечивает более высокую механическую прочность и долговечность.
Основное определение
Толстопленочная технология предполагает нанесение проводящих, изолирующих и резистивных материалов.материалына подложку, используя такие методы, кактрафаретная печатьи распыление. Эти материалы затем спекаются привысокая температураs для обеспечения прочного сцепления.спеканиеПроцесс обычно происходит при температуре от 850°C до 950°C, обеспечивая хорошую адгезию и стабильность слоев материала.
Историческое развитие
Происхождение и эволюция
Толстопленочная технология зародилась в начале 20-го века в связи с быстрым развитием электронной промышленности, вызванным потребностью в высокопроизводительных и надежных электронных компонентах. Впервые он был применен в радио- и телеиндустрии, где первые устройства требовали точных и надежных электронных компонентов. Инженеры разработали методы нанесения толстых слоев материалов на подложки для формирования электронных схем, что положило начало технологии толстой пленки.
В 1950-х годах толстопленочная технология начала использоваться в промышленности, в первую очередь для производства резисторов и простых электронных схем. С развитием полупроводниковой промышленности в 1960-х и 1970-х годах технология толстой пленки все чаще использовалась в производстве более сложных схем. В этот период были внедрены процессы высокотемпературного спекания для улучшения адгезии и стабильности материала, что расширило применение процессов толстой пленки в производстве.электронное производство.
К 1980-м годам технология толстой пленки получила дальнейшее развитие и завоевала популярность, особенно в производствегибридные схемыи многослойные платы. За это время разнообразие материалов и областей применения толстопленочных процессов значительно расширилось. С 1990-х годов и по настоящее время толстопленочная технология широко используется при производстве датчиков, медицинских приборов,автомобильная электроникаи силовая электроника. Современная технология толстой пленки продолжает совершенствоваться, используя передовые материалы и процессы, что еще больше укрепляет ее роль в производстве электроники.
Важность и применение
Ключевые области применения и значение толстопленочной технологии
Толстопленочная технология занимает решающее место в современном электронном производстве благодаря своей широкой области применения и значительному значению. Во-первых, толстопленочная технология широко используется в производстве электронных схем, особенно при производстве печатных плат (PCB) и гибридных схем. Его превосходные проводящие свойства и термическая стабильность делают толстопленочные схемы идеальными для высокочастотных и мощных приложений.
Во-вторых, технология толстой пленки играет жизненно важную роль в производстве датчиков. Различные типы датчиков, такие как датчики давления, датчики температуры и датчики газа, основаны на толстопленочной технологии для обеспечения высокой точности и точности.надежность. Например, толстопленочные датчики давления преобразуют изменения давления в электрические сигналы путем нанесения резистивных материалов на подложку.
Кроме того, толстопленочная технология широко применяется в автомобильной электронике, медицинских приборах и силовых электронных устройствах. В автомобильной электронике толстопленочная технология используется для изготовления ключевых компонентов, таких как блоки управления двигателем (ЭБУ), антиблокировочная система тормозов (АБС), а также системы управления подушками безопасности, известные своей устойчивостью к высоким температурам и вибрации. В медицинских приборах толстопленочная технология используется для производства электрокардиографов, ультразвукового оборудования и глюкометров, где высокая надежность и точность имеют решающее значение.
В целом, толстопленочная технология играет незаменимую роль в современном электронном производстве благодаря своей высокой надежности, точности и универсальности. Его применение во многих ключевых областях не только повышает производительность и качество продукции, но и способствует постоянному технологическому прогрессу и инновациям.
Материалы, используемые в толстопленочной технологии
1. Проводящие материалы
Обычные проводящие материалы, используемые в толстопленочной технологии, включают золото, серебро, платину, палладий и медь. Эти материалы широко используются благодаря своей превосходной проводимости и коррозионной стойкости. Например, золото и серебро, известные своей высокой проводимостью, подходят для высокочастотных и мощных цепей. Платина и палладий благодаря своей хорошей химической стабильности часто используются в высокотемпературных и коррозионностойких схемах. Хотя медь экономически эффективна, она легко окисляется, поэтому для повышения ее долговечности требуется обработка поверхности.
2. Резистивные и диэлектрические материалы.
Резистивные и диэлектрические материалы также имеют решающее значение в технологии толстопленочных пленок. Обычные резистивные материалы включают оксид рутения (RuO₂) и оксид рутения-титана (RuTiO₂), которые обеспечивают стабильные и точные значения сопротивления и широко используются в производстве прецизионных резисторов. Диэлектрические материалы, обычно стекло или керамика, такие как оксид алюминия (Al₂O₃) и титанат бария (BaTiO₃), обладают отличными изоляционными свойствами и диэлектрической проницаемостью и используются при производстве конденсаторов и изолирующих слоев для обеспечения электрической изоляции и стабильности цепей.
3. Материалы подложки
Материалы подложки, обычно используемые в толстопленочных схемах, включают керамику, стекло и металл.Керамические подложкитакие как оксид алюминия (Al₂O₃) и нитрид алюминия (AlN), отличаются превосходной теплопроводностью и механической прочностью, широко используются в мощных ивысокочастотные схемы. Стеклянные подложки, известные своими хорошими изоляционными и технологическими свойствами, часто используются в производстве маломощных и многослойных схем. Металлические подложки, такие как медь и алюминий, обладающие превосходной теплопроводностью, используются в цепях, требующих высокого рассеивания тепла.
Процессы печати на толстой пленке
1. Трафаретная печать
Трафаретная печать — это метод переноса краски на подложку через трафарет. В толстопленочной технологии трафаретная печать наносит на подложки проводящие, изолирующие и резистивные материалы. Процесс включает в себя управление областью нанесения материала с помощью рисунков на экране. К преимуществам трафаретной печати относятся простота эксплуатации, низкая стоимость и адаптируемость, подходящая для печати на различных носителях и массового производства.
2. Фотолитография
Фотолитография — это высокоточный процесс печати, при котором узоры переносятся на подложки с использованием светочувствительных материалов и масок. Процесс включает в себя покрытие светочувствительным материалом, экспонирование, проявление и травление. Преимущества фотолитографии включают достижение высокого разрешения и мелких рисунков, подходящих для изготовления сложных схем. Однако сложность и высокая стоимость оборудования и процессов фотолитографии делают его менее подходящим для крупномасштабного производства.
Спекание
1. Температурный профиль
Спекание — важнейший этап в технологии толстой пленки, где высокие температуры обеспечивают прилегание слоев печатного материала к подложке. Правильный контроль температуры во время спекания имеет решающее значение и обычно включает три этапа: нагрев, выдержку и охлаждение. Правильный контроль температуры обеспечивает адгезию и стабильность материала, предотвращает появление трещин и отслоений.
2. Оборудование и методы.
Оборудование для спекания включает камерные печи, ленточные печи и оборудование для лазерного спекания. Коробчатые печи подходят для мелкосерийного производства, позволяя точно контролировать температуру и атмосферу. Ленточные печи идеально подходят для крупномасштабного производства, отличаются высокой эффективностью и непрерывной работой. В оборудовании для лазерного спекания используются лазерные лучи для локализованного нагрева, что подходит для высокоточного и локализованного спекания.
3. Влияние на свойства материала
Процесс спекания существенно влияет на свойства материала. Правильное спекание может повысить механическую прочность, проводимость и долговечность. Чрезмерная или недостаточная температура спекания может ухудшить свойства материала, вызывая чрезмерное спекание и деформацию или неполное спекание, влияя на адгезию и электрические свойства.
Применение технологии толстой пленки
Приложения в области датчиков
Технология толстой пленки имеет решающее значение в производстве датчиков, используемых в различных датчиках, включая датчики давления, датчики температуры, датчики газа и датчики влажности. Отличные электрические характеристики, механическая прочность и экологичность.адаптивностьсделать толстопленочные датчики широко применимыми в промышленной, автомобильной, медицинской и бытовой электронике.
Например, XIDIBEIXDB305иXDB306TВ серийных датчиках давления используется эта технология. Комбинируя керамические подложки и толстопленочные резисторные сети, а также используя высокотемпературное спекание, резистивные материалы прочно связываются с подложкой, обеспечивая высокоточное и надежное измерение давления. Эти датчики широко используются в системах управления автомобильными двигателями, управления промышленными процессами и в медицинском оборудовании, обеспечивая стабильное измерение давления и обратную связь.
Толстопленочные датчики температуры обнаруживают изменения температуры посредством температурного коэффициента толстопленочных резистивных материалов. Эти датчики отличаются быстрым откликом, высокой точностью и устойчивостью к высоким температурам, подходят для различных высокотемпературных сред. Например, в автомобильных электронных системах толстопленочные датчики температуры контролируют температуру двигателя и выхлопной системы, обеспечивая безопасность транспортного средства. В промышленной автоматизации эти датчики отслеживают изменения температуры оборудования, предотвращая перегрев и повреждение.
Толстоплёночная технология также широко используется в датчиках газа и влажности. Толстопленочные датчики газа используют чувствительность конкретных материалов к газам, образуя высокочувствительные и селективные датчики с помощью толстопленочной технологии. Эти датчики широко используются в экологическом мониторинге, промышленной безопасности и контроле качества воздуха в домах. Толстопленочные датчики влажности обнаруживают изменения влажности с помощью толстопленочных резистивных или емкостных материалов, широко используемых в метеорологических наблюдениях, мониторинге окружающей среды в сельском хозяйстве и в умных домах.
Постоянные инновации и совершенствование толстопленочных технологий будут продолжать играть жизненно важную роль в области датчиков, удовлетворяя спрос на высокопроизводительные датчики в различных отраслях.
Приложения в других областях
1. Электронная и полупроводниковая промышленность.
Толстопленочная технология широко используется в электронной и полупроводниковой промышленности. Его превосходная проводимость и термическая стабильность делают его идеальным для производства печатных плат (PCB), гибридных схем и многослойных плат. В высокочастотных и мощных цепях толстопленочная технология обеспечивает надежные электрические характеристики и механическую прочность, подходящую для различных электронных устройств и полупроводниковых модулей. Кроме того, толстопленочная технология используется для производства резисторов, конденсаторов и индуктивных компонентов, важных частей электронных схем.
2. Медицинское оборудование
Толстопленочная технология чрезвычайно важна в медицинских устройствах, обеспечивая высокую точность и надежность различной критической медицинской электроники. Например, толстопленочные датчики широко используются в тонометрах, электрокардиографах и ультразвуковом оборудовании, обеспечивая точные измерения и диагностические данные. Кроме того, толстопленочные схемы используются в носимых медицинских устройствах и имплантируемых электронных устройствах, обеспечивая стабильную работу внутри и снаружи тела. Коррозионная стойкость и биосовместимость толстопленочной технологии еще больше повышают ее ценность в медицинских целях.
3. Автомобильная промышленность
Толстопленочная технология широко используется в различных автомобильных электронных системах управления. Ключевые компоненты, такие как автомобильные электронные блоки управления (ЭБУ), антиблокировочные тормозные системы (ABS) и системы управления подушками безопасности, основаны на толстопленочной технологии, обеспечивающей устойчивость к высоким температурам и виброустойчивость. Толстопленочные резисторы и датчики играют важнейшую роль в управлении двигателем, кузовом и системах безопасности, обеспечивая работу автомобиля в различных условиях. Кроме того, толстопленочная технология используется при производстве высокопроизводительных электронных компонентов автомобильного освещения и аудиосистем.
4. Возобновляемая энергия
Технология толстой пленки все чаще применяется в системах возобновляемой энергетики. Его превосходная проводимость и термическая стабильность делают его важнейшим компонентом солнечных элементов, систем преобразования энергии ветра и устройств хранения энергии. В солнечных элементах технология толстой пленки используется для изготовления эффективных проводящих слоев и электродов, повышающих эффективность фотоэлектрического преобразования. В системах преобразования энергии ветра и устройствах хранения энергии толстопленочные схемы и датчики обеспечивают высокоточный мониторинг и управление энергией, повышая эффективность и надежность системы.
Преимущества технологии толстой пленки
1. Высокая надежность и долговечность.
Толстопленочные схемы широко распространены из-за их высокой надежности и долговечности. Технология толстой пленки обеспечивает превосходную механическую прочность и электрические характеристики за счет спекания проводящих, изоляционных и резистивных материалов на подложках. Эти схемы могут стабильно работать в суровых условиях, устойчивы к высоким температурам, влажности и коррозии, что делает их пригодными для высоконадежных приложений, таких как автомобильная электроника, промышленное управление и медицинские устройства.
2. Экономическая эффективность
Толстопленочная технология предлагает значительные преимущества в стоимости. По сравнению с другими высокоточными производственными процессами технология толстой пленки требует более низких материальных и технологических затрат. Процессы трафаретной печати и высокотемпературного спекания относительно просты, требуют меньших инвестиций в оборудование и затрат на техническое обслуживание. Кроме того, технология толстой пленки подходит для массового производства с высокой эффективностью производства, что еще больше снижает затраты на производство единицы продукции.
3. Кастомизация и гибкость
Технология толстой пленки обеспечивает высокую степень индивидуализации и гибкости. Различные электрические и механические свойства могут быть достигнуты путем корректировки рисунков трафаретной печати и состава материалов. Толстопленочная технология позволяет печатать на различных носителях, удовлетворяя разнообразные потребности применения. Такая гибкость позволяет толстопленочной технологии удовлетворить конкретные требования клиентов, получая конкурентное преимущество на рынке.
Проблемы технологии толстой пленки
1. Экологические проблемы
Технология толстой пленки сталкивается с некоторыми экологическими проблемами при производстве и применении. Например, высокие температуры и отходящие газы, образующиеся при агломерации, могут стать причиной загрязнения окружающей среды. Кроме того, некоторые толстопленочные материалы содержат тяжелые металлы и другие вредные вещества, что требует принятия специальных мер по защите окружающей среды во время производства и утилизации, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду.
2. Технические ограничения
Толстопленочная технология имеет некоторые технические ограничения. Точность рисунка толстопленочных схем относительно низкая из-за ограничений разрешения трафаретной печати, что делает ее непригодной для производства сверхвысокой точности и миниатюрных схем. Кроме того, выбор материалов и контроль процесса спекания напрямую влияют на производительность схемы, требуя тщательного балансирования и оптимизации во время проектирования и производства.
3. Рыночная конкуренция
Толстопленочная технология сталкивается с рыночной конкуренцией со стороны других передовых производственных технологий. Тонкопленочная технология и печатная электроника обеспечивают более высокую точность и меньшие размеры в некоторых приложениях, постепенно занимая долю рынка толстопленочной технологии. Чтобы сохранить преимущество на конкурентном рынке, технология толстопленочной пленки должна постоянно внедряться и совершенствоваться, чтобы повысить ее производительность и расширить сферу применения.
Инновации в технологии толстой пленки
1. Наноматериалы
Наноматериалы значительно улучшили характеристики толстопленочной технологии. Наночастицы имеют большую площадь поверхности и лучшие физические и химические свойства, что значительно повышает проводимость, чувствительность и надежность толстопленочных схем. Например, использование наноматериалов, таких как наносеребро и нанозолото, в толстопленочных схемах позволяет добиться более высокой проводимости и более мелкой структуры, что отвечает потребностям высокопроизводительных электронных устройств.
2. Передовые технологии печати.
Передовые технологии печати, такие как струйная печать и прямое лазерное письмо, открывают новые возможности для технологии толстопленочной печати. Эти технологии обеспечивают более высокое разрешение и более мелкие узоры, помогая повысить точность и интеграцию схем. Кроме того, передовые технологии печати сокращают отходы материалов и производственные затраты, повышая эффективность производства.
3. Интеграция с другими технологиями
Объединение технологии толстой пленки с другими технологиями является важнейшим направлением будущего развития. Например, интеграция толстопленочной технологии с гибкой электроникой позволяет производить гибкие и носимые электронные устройства. Толстопленочную технологию также можно сочетать с технологией микроэлектромеханических систем (МЭМС) для производства высокоточных и высокочувствительных датчиков и исполнительных механизмов. Эти интегрированные приложения будут способствовать дальнейшему расширению областей применения и рыночного пространства технологии толстопленочных технологий.
Будущие тенденции технологии толстой пленки
1. Рост приложений Интернета вещей
Быстрое развитие Интернета вещей (IoT) открывает новые возможности для развития технологии толстой пленки. С ростом количества устройств Интернета вещей значительно возрастает спрос на высокоточные, надежные и недорогие датчики. Толстопленочная технология с ее превосходными характеристиками и гибкими возможностями применения отвечает потребностям датчиков устройств Интернета вещей. Например, толстопленочные датчики играют решающую роль в приложениях Интернета вещей, таких как умные дома, промышленная автоматизация и мониторинг окружающей среды. Развитие толстопленочной технологии будет способствовать дальнейшему миниатюризации и повышению интеллекта устройств Интернета вещей.
2. Достижения в области материаловедения
Достижения в области материаловедения дают новый импульс развитию технологии изготовления толстых пленок. Разработка новых проводящих, полупроводниковых и изоляционных материалов постоянно улучшает характеристики толстопленочных схем. Например, введение наноматериалов значительно повышает проводимость и чувствительность толстопленочных схем. Кроме того, применение гибких подложек и прозрачных проводящих материалов позволяет широко использовать толстопленочную технологию в гибкой электронике и прозрачных электронных устройствах. Эти достижения в области материаловедения откроют огромный потенциал технологии толстых пленок в новых приложениях.
3. Возможности развивающихся рынков
Технология толстой пленки имеет широкие перспективы применения на развивающихся рынках, таких как носимые технологии и умный текстиль. Носимые устройства, такие как умные часы, мониторы здоровья и фитнес-трекеры, требуют легких, прочных и высокопроизводительных электронных компонентов, которые может обеспечить технология толстопленочной пленки. Кроме того, «умный текстиль» интегрирует электронные компоненты в ткани, обеспечивая мониторинг состояния здоровья, определение состояния окружающей среды и интерактивные функции, где технология толстой пленки имеет значительные преимущества. Поскольку эти развивающиеся рынки продолжают расширяться, технология толстопленочной пленки откроет новые возможности для развития.
Время публикации: 13 июня 2024 г.