Толстые плёнки толщиной в несколько десятков мкм применяют для изготовления пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, проводников и контактов) в гибридных толстоплёночных микросхемах, а также проводников и изолирующих слоёв в некоторых типах многоуровневых коммутационных микроплат.

В основе толстоплёночной технологии лежит использование дешёвых и высокопроизводительных процессов, требующих небольших единовременных затрат на подготовку производства, благодаря чему она оказывается экономически целесообразной и в условиях мелкосерийного производства. Высокая надёжность толстоплёночных элементов обусловлена прочным (свыше 50 кгс/см²) сцеплением с керамической подложкой, которое достигается процессом вжигания пасты в поверхностный слой керамики.

В целом толстоплёночная технология состоит из ряда последовательных идентичных циклов, структурная схема которых приведена на рис. 30. При формировании каждого слоя (резистивного, проводящего, диэлектрического и т.п.) используют соответствующие пасты, которые через сетчатый трафарет наносят на подложку, подвергают сушке и вжиганию. По завершении формирования всех слоёв все резисторы и конденсаторы проходят подгонку (обычно лазерную) до заданной точности.

В готовом (вожжённом) состоянии толстоплёночный элемент состоит из мелких функциональных частиц, находящихся в массовом контакте друг с другом (рис. 31) и "склеенных" стеклом с невысокой (400¸500°С) температурой плавления.

Для проводящих элементов используются порошки серебра, палладия и других металлов с высокой электропроводностью. Для резистивных - смесь порошков проводящих частиц и частиц окислов металлов в различных пропорциях, что позволяет варьировать удельное поверхностное сопротивление в широких пределах. Диэлектрические слои конденсаторов содержат порошки сегнетоэлектриков, которые, обладая большим значением относительной диэлектрической проницаемости e, обеспечивают большие значения удельной ёмкости С₀ [Ф/см²]. Изолирующие слои, наоборот, создаются на основе порошков стёкол с малыми e и С₀. Функциональные частицы должны в процессе вжигания сохранять твёрдое состояние и массовый контакт, т.е. иметь температуру плавления более 900°С.

Для приготовления паст в смесь порошков функциональных частиц и низкотемпературного стекла добавляют технологическую связку, обычно органические масла. В процессе вжигания нанесённых элементов она должна разлагаться и полностью удаляться из слоя.

Особую группу паст представляют собой лудящие пасты. Они состоят из частиц припоя, смоченных раствором флюса (например, канифоль в спирте). После нанесения через сетчатый трафарет на толстоплёночные монтажные площадки и сушки, покрытие подвергается оплавлению (~230°С).

Марки и свойства различных сплавов и паст приведены в таблицах 8…11.

Таблица 8. Характеристики проводящих паст.

Таблица 9. Характеристики диэлектрических паст.

Таблица 10. Характеристики лудящих паст.

Таблица 11. Характеристики резистивных паст.

Трафарет представляет собой проволочную сетку из нержавеющей стали или капроновой нити с нанесенным на нее фотоспособом защитным рисунком. Сетка вмонтирована в металлическую рамку. Керамическая подложка устанавливается под трафаретом с зазором, обеспечивающим деформацию сетки в пределах ее упругости (рис. 32). Для этого размеры сетки должны быть существенно больше размеров рисунка. После нанесения дозированного количества пасты движением ракеля паста продавливается через открытые участки трафарета и переносится на подложку. Таким образом, контакт трафарета с подложкой происходит по линии, движущейся вместе с ракелем.

Сушка полученного отпечатка преследует цель удалить летучие компоненты технической связки.

На рис. 33 приведен типичный тем-пературный цикл вжигания пасты. На первой стадии скорость подъема температуры относи-тельно невысока, происходит разложение органической связки и ее удаление с помощью интенсивной вытяжной вентиляции. На второй стадии скорость роста температуры повышают, происходит плавление низкотемпературного стекла и образование суспензии твердых функциональных частиц в расплавленном стекле. Собственно вжигание происходит на третьей стадии при постоянной температуре. При этом имеет место как химическое (взаимодействие окислов стекла и керамики), так и физическое (заполнение стеклом открытых поверхностных пор керамики) сцепление покрытия с подложкой. После выдержки (~10 мин.) изделия медленно охлаждают (четвертая стадия) во избежание внутренних напряжений. Общая продолжительность цикла порядка одного часа.

В зависимости от масштабов производства вжигание осуществляют в камерных печах периодического действия (мелкосерийное производство), либо в туннельных печах непрерывного действия (крупносерийное и массовое производство).