大规模厚膜电阻网络的设计方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103021609 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103021609 A *CN103021609A* (21)申请号 201210406396.0 (22)申请日 2012.10.23 H01C 17/00(2006.01) H01L 21/786(2006.01) (71)申请人 中国兵器工业集团第二一四研究所 苏州研发中心 地址 215163 江苏省苏州市高新区龙山路 89 号 (72)发明人 聂月萍 李杰 房建峰 王晓漫 周冬莲 (74)专利代理机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 32103 代理人 孙仿卫 (54) 发明名称 大规模。

2、厚膜电阻网络的设计方法 (57) 摘要 本发明涉及一种大规模厚膜电阻网络的设计 方法， 包括 ：（1） 分类电阻 ： 将电阻分为若干类， 每 类电阻采用一种电阻浆料并作为同一元器件进行 设计， 每个元器件是相同尺寸的厚膜电阻与片式 电阻的兼容设计 ；（2） 版图设计 ： 在基板上采用等 行距、 等列距矩阵模式设计若干个单元 ；（3） 丝网 印刷 ： 采用丝网印刷工艺印制电阻 ；（4） 对丝网印 刷后阻值大于设计标称值的电阻做校正 ；（5） 引 线键合 ： 在电阻的一端或两端的键合区中通过内 引线键合使电阻形成电阻网络， 在电阻网络的引 出端通过外引线键合使其与封装管壳的引脚相连 接形成厚膜芯片。

3、 ；（6） 将厚膜芯片封装于封装盖 片中。 本方法简化了大规模厚膜电阻网络的设计、 降低加工难度， 提高了成品率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 1/2 页 2 1. 一种大规模厚膜电阻网络的设计方法， 所述的大规模厚膜电阻网络由若干个电阻封 装构成， 其特征在于 ： 其包括如下步骤 ： （1） 分类电阻 ： 将所述的电阻按其阻值分为若干类， 每一类所述的电阻采用一种电阻浆 料并作为同一元器件进行设计， 每个所述的元器件都是相同尺寸的厚膜电阻。

4、与片式电阻的 兼容设计 ； （2） 版图设计 ： 在基板上采用在每行、 每列之间都等间距的矩阵模式设计若干个单元， 所述的单元与所述的电阻一一对应， 每个所述的单元包括电阻设计有效区域、 设置于所述 的电阻设计有效区域两端的两个粘接区、 连接所述的电阻设计有效区域和所述的粘接区的 键合区 ； （3） 丝网印刷 ： 在所述的基板上的单元中采用丝网印刷工艺印制电阻， 每一类所述的电 阻采用同一种电阻浆料印刷于所述的电阻设计有效区域中， 形成成膜基板 ； （4） 电阻校正 ： 对丝网印刷后阻值大于设计标称值的电阻进行校正， 使各电阻的阻值达 到所述的设计标称值 ； （5） 引线键合 ： 在电阻的一端。

5、或两端的键合区中通过内引线键合使其与其他电阻形成 电学互连的电阻网络， 在所述的电阻网络的引出端通过外引线键合使其与封装管壳的引脚 相连接并形成厚膜芯片 ； （6） 外壳封装 ： 将所述的厚膜芯片封装于封装盖片中。 2. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 （1） 中， 首先将所述的电阻按其阻值分为若干个模块， 每个所述的模块中的电阻再分为若干 类 ； 在所述的步骤 （2） 及步骤 （3） 中， 每个所述的模块采用一块所述的基板设计并印刷为所 述的成膜基板 ； 在所述的步骤 （5） 中， 将各个所述的成膜基板进行引线键合形成所述的厚 膜芯片后， 。

6、将各所述的厚膜芯片与所述的封装管壳粘接并对所述的外引线进行键合形成芯 组。 3. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 （2） 中， 每个所述的单元尺寸相同并按矩阵形式排列， 相邻的行或相邻的列之间的间距相 等。 4. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 （3） 中， 印制电阻的面积小于所述的电阻设计有效区域的面积。 5. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 （4） 中， 对丝网印刷后阻值大于设计标称值的电阻， 在其两端的粘接区中粘接并联校正电阻 使其阻。

7、值达到所述的设计标称值 ； 对丝网印刷后阻值小于设计标称值的电阻， 采用激光调 阻法使其阻值达到所述的设计标称值。 6. 根据权利要求 5 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的校正 电阻为片式电阻， 所述的片式电阻采用导电环氧粘贴于所述的粘接区上。 7. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的步骤 （5） 中， 所述的内引线键合和所述的外引线键合均采用金丝键合工艺， 所键合形成的连接线 通过所述的成膜基板的通孔在所述的成膜基板的正面或背面走线。 8. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的步。

8、骤 （6） 中， 采用金属外壳封装工艺。 权 利 要 求 书 CN 103021609 A 2 2/2 页 3 9. 根据权利要求 8 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 采用平行焊 缝将所述的芯片与所述的封装盖片相缝焊。 10. 根据权利要求 1 所述的大规模厚膜电阻网络的设计方法， 其特征在于 ： 所述的基板 为 Al2O3陶瓷基板。 权 利 要 求 书 CN 103021609 A 3 1/6 页 4 大规模厚膜电阻网络的设计方法 技术领域 0001 本发明涉及一种大规模厚膜电阻网络的设计方法。 背景技术 0002 电阻网络的研究是当今一大热点问题， 有很多论文、 期刊。

9、介绍了相关各种电阻网 络的等效电阻计算以及数学模型分析， 但它们都存在很大问题， 具体如下 ： 一方面这些研究集中在一些电阻网络的等效电阻计算， 而且都是有规则的电阻网络 ： 结构有规则、 电阻的阻值分布有规则， 像梯形电阻网络等效电阻计算、 六角形分布的电阻网 络等效电阻计算、 sierpinski 电阻网络等效电阻计算、 星形电阻网络等效电阻计算、 以及其 它一些电阻网络等效电阻计算。 0003 另一方面每种网络等效电阻的求法也都比较特殊， 像数列法求解梯形等效电阻、 用费波那契数列计算规则联接电阻网络的等效电阻等等， 这些研究主要缺点模型适于理 想， 方法移植性差， 工艺加工手段难实现。。

10、 大规模厚膜电阻网络矩阵产品目前国内还没有类 似厚膜产品。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种适用于电阻网络结构有规则、 电阻阻值分布无规则的大 规模厚膜电阻网络的设计方法。 0005 为达到上述目的， 本发明采用的技术方案是 ： 一种大规模厚膜电阻网络的设计方法， 所述的大规模厚膜电阻网络由若干个电阻封装 构成， 其包括如下步骤 ： （1） 分类电阻 ： 将所述的电阻按其阻值分为若干类， 每一类所述的电阻采用一种电阻浆 料并作为同一元器件进行设计， 每个所述的元器件都是相同尺寸的厚膜电阻与片式电阻的 兼容设计 ； （2） 版图设计 ： 在基板上采用在每行、 每列之间都等间距的矩阵模式。

11、设计若干个单元， 所述的单元与所述的电阻一一对应， 每个所述的单元包括电阻设计有效区域、 设置于所述 的电阻设计有效区域两端的两个粘接区、 连接所述的电阻设计有效区域和所述的粘接区的 键合区 ； （3） 丝网印刷 ： 在所述的基板上的单元中采用丝网印刷工艺印制电阻， 每一类所述的电 阻采用同一种电阻浆料印刷于所述的电阻设计有效区域中， 形成成膜基板 ； （4） 电阻校正 ： 对丝网印刷后阻值大于设计标称值的电阻进行校正， 使各电阻的阻值达 到所述的设计标称值 ； （5） 引线键合 ： 在电阻的一端或两端的键合区中通过内引线键合使其与其他电阻形成 电学互连的电阻网络， 在所述的电阻网络的引出端通。

12、过外引线键合使其与封装管壳的引脚 相连接并形成厚膜芯片 ； （6） 外壳封装 ： 将所述的厚膜芯片封装于封装盖片中。 说 明 书 CN 103021609 A 4 2/6 页 5 0006 优选的， 所述的步骤 （1） 中， 首先将所述的电阻按其阻值分为若干个模块， 每个所 述的模块中的电阻再分为若干类 ； 在所述的步骤 （2） 及步骤 （3） 中， 每个所述的模块采用一 块所述的基板设计并印刷为所述的成膜基板 ； 在所述的步骤 （5） 中， 将各个所述的成膜基 板进行引线键合形成所述的厚膜芯片后， 将各所述的厚膜芯片与所述的封装管壳粘接并对 所述的外引线进行键合形成芯组。 0007 优选的，。

13、 所述的步骤 （2） 中， 每个所述的单元尺寸相同并按矩阵形式排列， 相邻的 行或相邻的列之间的间距相等。 0008 优选的， 所述的步骤 （3） 中， 印制电阻的面积小于所述的电阻设计有效区域的面 积。 0009 优选的， 所述的步骤 （4） 中， 对丝网印刷后阻值大于设计标称值的电阻， 在其两端 的粘接区中粘接并联校正电阻使其阻值达到所述的设计标称值 ； 对丝网印刷后阻值小于设 计标称值的电阻， 采用激光调阻法使其阻值达到所述的设计标称值。 0010 优选的， 所述的校正电阻为片式电阻， 所述的片式电阻采用导电环氧粘贴于所述 的粘接区上。 0011 优选的， 所述的步骤 （5） 中， 所述。

14、的内引线键合和所述的外引线键合均采用金丝键 合工艺， 所键合形成的连接线通过所述的成膜基板的通孔在所述的成膜基板的正面或背面 走线。 0012 优选的， 所述的步骤 （6） 中， 采用金属外壳封装工艺。 0013 优选的， 采用平行焊缝将所述的芯片与所述的封装盖片相缝焊。 0014 优选的， 所述的基板为 Al2O3陶瓷基板。 0015 由于上述技术方案运用， 本发明与现有技术相比具有下列优点 ： （1） 电阻按类分档， 简化设计， 避免每个电阻逐个设计， 减少布图时电阻摆放出错的概 率 ； （2） 每个电阻在未引线键合前都是独立的单元， 解决了丝网印刷电阻及电阻校正时常 规是在开环状态的要求。

15、， 使电阻印刷成为可能， 同时提高了电阻调阻的精度 ； （3） 基板上的单元规则排列， 有利于探针卡的制作， 可以制作一块激光调阻的探针卡并 通过步进方式通用于整套电阻网络电路， 使工艺加工成为可能。 0016 （4） 电阻校正使产品生产中修改、 返工方便， 工艺加工难度显著降低， 提高了成品 率， 使大规模厚膜电阻网络矩阵生产成为现实 ； （5） 规则的矩阵式版图布局， 键合引线亦有规则， 减少了加工和检查的难度， 避免了常 规设计时键合丝杂乱， 基本无法加工和检查的问题。 附图说明 0017 附图 1 为本大规模厚膜电阻网络的电路原理图。 0018 附图 2 为本发明的大规模厚膜电阻网络的。

16、设计方法的基板上的单元的示意图。 0019 附图 3 为本发明的大规模厚膜电阻网络的设计方法的矩阵设计方案示意图。 0020 附图 4 为本发明的大规模厚膜电阻网络的设计方法的矩阵版图示意图。 0021 附图 5 为本发明的大规模厚膜电阻网络的设计方法的封装结构图。 0022 附图 6 为本发明的大规模厚膜电阻网络的设计方法的的工艺流程图。 说 明 书 CN 103021609 A 5 3/6 页 6 具体实施方式 0023 下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。 0024 实施例一 ： 一种大规模厚膜电阻网络的设计方法， 用于电阻网络结构有规则、 电阻 阻值分布无规则的大规模厚膜电阻。

17、网络的设计及加工。 0025 本实施例中的大规模厚膜电阻网络由若干个电阻封装构成， 例如， 一大规模厚膜 电阻网络共具有 8640 个电阻， 其阻值范围很宽， 为 10k-50M， 电阻精度和温度特性指 标要求较高， 并且没有相同阻值的电阻， 每个电阻均在多个环路内， 其电路原理如附图 1 所 示。 0026 该大规模厚膜电阻网络的设计具有如下难点 ： （1） 电阻数量多、 范围广、 阻值分布无规则， 采用厚膜浆料种类很多 ； （2） 电阻阻值都不相同， 常规设计是逐个分别设计， 设计工作量极大 ； （3） 同种方阻的电阻设计一致性很难满足要求 ； （4） 同种方阻的电阻数量多、 范围广， 工。

18、艺加工中丝网印刷不能保证每个电阻在阻值范 围之内 ； （5） 电阻精度和温度特性指标要求高， 增加了设计和加工的难度 ； （6） 若版图常规方法设计， 版图布局无规则， 对设计和检查版图正确性， 都基本不能实 现 ； （7） 常规设计时， 电阻的探针区摆放随意， 激光调阻探针卡的制作复杂， 数量达几百个 之多、 工艺不可能实现 ； （8） 所有电阻都是环路， 而且在多个环路中， 不能满足丝网印刷电阻和激光调阻时常规 是在开环状态的基本要求。 0027 参见附图 6 所示， 本发明的大规模厚膜电阻网络的设计方法的具体方案步骤如下 所述。 0028 （1） 分类电阻 首先将全部 8640 个电阻分。

19、为 6 个模块， 每个模块包含 1440 个电阻。将每个模块中的 1440 个电阻按其阻值进行分类， 每一类电阻的阻值在一定区间范围内， 具体分类如下表所 示 ：（单位为 ） 说 明 书 CN 103021609 A 6 4/6 页 7 每一类中的各个电阻采用一种电阻浆料并按照同一元器件进行设计。这种设计方法 可以避免每一个电阻都单独设计为一个元器件， 每个元器件都是相同尺寸的厚膜电阻与片 式电阻的兼容设计， 可以有效的减少工作量， 简化设计， 保证同种方阻的电阻值设计的一致 性， 使电路转化为产品提供了可能性。 0029 （2） 版图设计 选用Al2O3陶瓷基板， 其成本低， 抗机械冲击强度。

20、高。 基板采用填孔工艺， 填孔导体材料 为 DUPONT-6388 导体浆料或相当性能的厚膜导体浆料。 0030 在基板上采用矩阵模式设计若干个单元， 单元与电阻一一对应。每个单元包括电 阻设计有效区域、 设置于电阻设计有效区域两端的两个粘接区、 连接电阻设计有效区域和 粘接区的键合区。每个单元尺寸相同并按矩阵形式排列， 相邻的行或相邻的列之间的间距 相等。 0031 每个模块设计于一块基板上。 根据基板的面积， 在充分考虑布版原则的基础上， 将 每个模块的 1440 个电阻设计为大小相同的 1440 个单元。每个单元的尺寸可根据实际需要 变更。在本实施例中， 参见附图 2 所示， 一个粘接区。

21、的面积为 58mil20mil， 而电阻设计有 效区域的面积为58mil40mil， 每个单元都可以粘贴0603片式电阻。 整个基板的矩阵设计 方案参见附图 3 所示。 0032 （3） 丝网印刷 在基板上的单元中采用丝网印刷工艺印制电阻， 每一类电阻采用同一种电阻浆料印刷 于电阻设计有效区域中， 形成成膜基板。 0033 在印刷时， 需注意印制电阻的面积小于电阻设计有效区域的面积， 通过的掩模板 上丝网网孔， 将厚膜浆料均匀地沉积到绝缘的基板上， 形成具有一定厚度和形状的图案。 0034 相关工艺参数和材料如下 ： a） 绝缘基板 ： 96% Al2O3陶瓷 ； 说 明 书 CN 10302。

22、1609 A 7 5/6 页 8 b） 网板目数 ： 300 目 400 目不锈钢丝网 ； c） 掩模厚度 ： 25m 40m ； d） 导体浆料 ： DUPONT-5771Au 或相当性能的厚膜导体浆料 ； e） 电阻浆料 ： Dupont-2170 型 10M/ 、 Dupont-2160 型 1M/ 等不同方阻或相当 性能的电阻浆料 ； f） 玻璃釉浆料 ： Dupont-7137 或相当性能的玻璃釉浆料。 0035 （4） 电阻校正 大规模电阻网络电路由于网印电阻数目巨大， 每一个模块的每种方阻的电阻数目数以 百记， 因此需对丝网印刷后阻值大于设计标称值的电阻进行校正， 使各电阻的阻值。

23、达到设 计标称值。 0036 对丝网印刷后阻值大于设计标称值的电阻， 在其两端的粘接区中粘接并联校正电 阻使其阻值达到设计标称值。校正电阻选用 0603 片式电阻， 片式电阻采用导电环氧粘贴于 粘接区上。粘贴的校正电阻相当于在印刷电阻上并联一个电阻而使其达到设计标称值。如 一个 10k 的电阻印成 15k， 若在这个电阻的粘接区上粘贴一个 20k 片式电阻， 通过计 算， 15k 并联 20k 就可以校正到 10k， 满足要求。 0037 对丝网印刷后阻值小于设计标称值的电阻， 采用激光调阻法使其阻值达到设计标 称值。 0038 对电阻进行校正， 可以使不合格的电阻满足要求， 使产品实现加工提。

24、供了保障， 并 大大减少工作量， 提高成品率。 0039 （5） 引线键合 在电阻的一端或两端的键合区中通过内引线键合使其与其他电阻形成电学互连的电 阻网络， 在电阻网络的引出端通过外引线键合使其与封装管壳的引脚相连接并形成厚膜芯 片。至此电阻网络的矩阵版图设计完成， 参见附图 4 所示。每个模块的内引线键合后分别 与封装管壳粘接并对外引线进行键合形成芯组。 0040 内引线键合和外引线键合均采用金丝键合工艺， 所键合形成的连接线通过成膜基 板的通孔在成膜基板的正面或背面走线。 0041 关键工艺参数和材料如下 ： a） 导电胶 ： H20E 或相当性能导电环氧胶 ； b） 金丝键合方法 ： 。

25、全自动金丝球连续键合或手工半自动金丝球连续键合 ； c） 键合金丝丝径 ： 18m 40m， 含金量 ： 99.99%Au。 0042 d） 粘接材料 ： 5020-1-.005 环氧膜或相当性能粘接材料。 0043 （6） 外壳封装 将厚膜芯片封装于封装盖片中。 0044 具体封装结构可根据实际需要选择。 在本实施例中， 以金属外壳封装工艺为例， 采 用平行焊缝将芯片与封装盖片相缝焊。本实施例中的金属封装外壳为四周引线， 引线间距 为 2.54mm， 引线数为 166， 具体封装结构参见附图 5 所示。金属封装管壳及配套盖片 ： 镀金 或镀镍的可伐钢或相当性能粘接材料。 0045 本发明的大。

26、规模厚膜电阻网络的设计方法具有下列优点 ： （1） 电阻按类分档， 简化设计， 避免每个电阻逐个设计， 减少布图时电阻摆放出错的概 说 明 书 CN 103021609 A 8 6/6 页 9 率 ； （2） 大规模厚膜电阻网络的每行或列之间的间距一致， 每个电阻有一端或两端都通过 金丝键合与网络中的其它电阻连接。每个电阻在未引线键合前都是独立的单元， 解决了丝 网印刷电阻及电阻校正时常规是在开环状态的要求， 使电阻印刷成为可能， 同时提高了电 阻调阻的精度 ； （3） 基板上的单元规则排列， 有利于探针卡的制作， 可以制作一块激光调阻的探针卡并 通过步进方式通用于整套电阻网络电路， 使工艺加。

27、工成为可能。 若采用常规思路设计， 版图 是无规则的， 电阻的探针区摆放也是无规则的， 由于调阻探针卡每次调阻的数量有限， 理论 上最多 20 个电阻， 这样至少要制作几百个的探针卡， 工艺是不可能实现的。 0046 （4） 同种电阻浆料每次丝网印刷电阻数达几百个， 肯定有阻值超标， 通过片式电阻 校正的方法， 使产品生产中修改、 返工方便， 工艺加工难度显著降低， 提高成品率， 使大规模 厚膜电阻网络矩阵生产成为现实 ； （5） 规则的矩阵式版图布局， 键合引线亦有规则， 减少了加工和检查的难度， 避免了常 规设计时键合丝杂乱， 基本无法加工和检查的问题。 0047 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点， 其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施， 并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103021609 A 9 1/3 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103021609 A 10 2/3 页 11 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103021609 A 11 3/3 页 12 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103021609 A 12 。