Толстоплёночная схема (Thick-Film Circuit) — это тип гибридной интегральной микросхемы, в котором резисторы, проводники и иногда диэлектрические слои формируются методом трафаретной печати (screen printing) специальных паст на керамическую подложку с последующим высокотемпературным обжигом (firing). Полученные элементы имеют толщину, как правило, от 10 до 50 микрометров. Технология применяется для создания высоконадёжных, термостойких и долговечных электронных модулей, работающих в экстремальных условиях или требующих высокой точности пассивных компонентов.
Технология и материалы
Процесс изготовления включает несколько циклов печати и обжига.
-
Изготовление подложки. Используется керамическая пластина, чаще всего из оксида алюминия (Al₂O₃, глинозём) 96% или 99.6% чистоты, реже — из оксида бериллия (BeO) или нитрида алюминия (AlN) для улучшенного теплоотвода.
-
Подготовка паст (pastes). Это суспензии, содержащие:
-
Функциональную фазу — металлические порошки (палладий-серебро, золото, вольфрам, рутений) для проводников; оксиды рутения (RuO₂) или сложные соединения для резисторов; стекло для диэлектриков.
-
Связующее (стеклофрит) — легкоплавкое стекло, которое при обжиге сплавляет частицы функциональной фазы между собой и с подложкой.
-
Органический носитель — смолы и растворители для придания пасте вязкости, подходящей для печати.
-
-
Трафаретная печать. Паста продавливается через металлическую сетку (stainless steel mesh) с фотошаблоном (emulsion mask), формируя рисунок на подложке.
-
Обжиг. Отпечатанная подложка проходит высокотемпературный профиль в ленточной печи (belt furnace) при температуре 750–950°C в течение 10–60 минут. При этом органический носитель выгорает, а стеклофрит плавится, создавая плотное, адгезивное и стабильное покрытие.
Характеристики и применение
Полученные элементы обладают рядом особенностей.
Резисторы могут иметь широкий диапазон номиналов (от 1 Ом до 10 МОм) и высокую точность (±1–5% после лазерной подгонки — trimming).
Проводники отличаются хорошей адгезией к керамике, высокой стойкостью к окислению и возможностью пайки.
Вся схема имеет высокую термостойкость, устойчивость к влаге и химическим воздействиям, а также отличные высокочастотные свойства.
Области применения включают:
-
Автомобильную электронику (датчики, блоки управления в моторном отсеке).
-
Телекоммуникации (ВЧ-модули, аттенюаторы, согласующие цепи).
-
Промышленную и медицинскую электронику (измерительные приборы, источники питания).
-
Военную и аэрокосмическую технику, где требуется максимальная надёжность.
Контекст для контрактного производства
Для производителя электроники толстоплёночная технология представляет собой специализированную услугу по изготовлению гибридных схем. Процесс требует отдельного, «грязного» производственного участка (для работы с пастами и печами), точного контроля вязкости паст и температурных профилей. Ключевым этапом является лазерная подгонка резисторов для достижения заданной точности. Контроль качества готовых схем включает измерение сопротивления, проверку адгезии проводников и испытания на термоциклирование. Стандарты IPC-6018 «Qualification and Performance Specification for High Frequency (Microwave) Printed Boards» и MIL-PRF-38534 могут использоваться как ориентиры для требований к надёжности.
Источники: Стандарты IPC-6018, MIL-PRF-38534 (общие требования к гибридным схемам), отраслевые руководства и технические документы производителей толстоплёночных паст (например, DuPont, Heraeus, ESL Electro-Science), учебники по технологии гибридных интегральных схем. Прямого единого ГОСТ на толстоплёночные схемы не существует, отдельные аспекты могут регулироваться общими стандартами на гибридные микросхемы.