实验研究
焊接膜层脱落的攻关研究作者/黄磊，连云港杰瑞电子有限公司
搞要：某电源产品筛选试验后电容焊接处导体膜层断裂、脱落，通过导体印刷烧结在陶瓷材质和增加膜层厚度两种方式，攻克了难题，使
产品完好、可靠，同时也为后期新产品的设计及产品批产提供了设计经验。关键词：厚膜膜层；附着力；膜层厚度；电源
1.问题现象
某厚膜混合集成电路产品在经过温度循环筛选实验后成膜基片上1210陶瓷贴片电容焊接处的膜层断裂，引起断路故障。故障点的示意图如图1所示。
电容焊料
焊盘导线、介质，陶瓷基片
图1故障点的剖面图 2.原因分析
故障点
混合集成电路(HIC）采用厚膜、薄膜等工艺将贴片式电阻、电容、电感、薄膜元件、裸芯片等通过焊接、粘接、键合等工艺实现装联，元件集成度相比PCB产品高出几倍，且产品散热性能优，产品可靠性高。该电源产品的电路板采用厚膜工艺制造，在陶瓷基片上通过印刷浆料、干燥、烧结工艺制成电路板。引起膜层断裂的原因是产品膜层附着力不足，在温度循环试验的环境中，因电容与陶瓷基片的热膨胀系数不一致，电容对焊盘膜层存在剪切方向受力，在试验中电容反复伸缩，使故障点处出现断裂。
产品的膜层附着力不足的原因有三点：(1）膜层烧结曲线异常；
(2）膜层附着表面材质差异引起附着力下降；(3）印刷膜层厚度不足引起附着力下降。
烧结使印刷膜中的金属、氧化物和无机成份烧结在一起，并通过一系列物理化学变化，形成光滑、致密、附着牢固、有一定功能的膜层。烧结过程是一种固相反应过程，即固态颗粒混合物之间的反应。烧结过程中产生有机气体的挥发和燃烧，玻璃粉的熔融，各组份间的化学反应以及晶粒生长等一系列变化。烧结曲线是指产品烧结过程中温度变化曲线曲线异常将影响玻璃粉的熔融及晶粒的生长，宏观表现为膜层附着力。
■2.1膜层烧结曲线异常
厚膜混合集成电路生产线中的烧结炉使用烧结曲线按
881电子制作2017年12月方方数据
程序文件规定每月需对使用的烧结曲线进行检测，且要求每批产品生产时需有详细的生产记录。经查相关记录，烧结炉该使用年已经做过设备鉴定，设备鉴定结论为完好设备。每月温度曲线测试记录完整，温度曲线测试合格，且每批产品生产时有详尽记录，温度并无异常，测试图见图2。因此，
膜层烧结曲线异常不是引起本次膜层附着力不足的因素，图2烧结曲线图
■2.2膜层附着表面材质差异引起附着力下降
在该批次产品，金属膜层主要附着面有两种材质：绝缘介质和96%Al,O，陶瓷，金属膜层在两种材质上的原始附着力和筛选试验后的附着力怎样变化，我们设计如下试验验证。
试验方法
设计丝印网版（图3），图形上有20个1mm×1mm 焊盘，将金属导体分别印刷在介质、陶瓷两种界面上，经烧结后，焊盘附着在介质表面或陶瓷表面上，金属膜层的厚度12μm。严格控制烙铁温度及焊接时间，分别在焊盘上焊接一根相同长度的导线，用带记录的拉力计勾住导线垂直于基片拉脱焊盘，记录下焊盘脱落时的拉力作为膜层附着力，筛选试验前分别拉测10根线，筛选试验后拉测10根线，记录数据分析。其中，筛选试验为3项，分别是温度循环(-65°C~150，10次）、老炼(125C，160h）、高低温（-55保温2h，125°C保温2h）
介
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图3基片图形