低温共烧陶瓷填孔工艺的改良措施_张英英.pdf

（总第 300 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMJun 2023收稿日期：2023-05-12低温共烧陶瓷填孔工艺的改良措施张英英(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原030024)摘要：通过对低温共烧陶瓷(LTCC)工艺中填孔刮刀的改良，将刮刀与网版的接触棱边进行倒角，刮刀在填孔过程中受到挤压产生变形，由原来锯齿状的尖角改良成平滑的圆角，经一次填孔既改善了填孔质量，又提高了工作效率。关键词：低温共烧陶瓷；刮刀；倒角；改良措施中图分类号：TN305文献标志码：B文章编号：1004-4507(2023)03-0037-05Improving Measures of Low Temperature Co-firedCeramic Filling ProcessZHANG Yingying(The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)Abstract:Through the improvement of scraping glue for hole filling in low-temperature co-firedceramic(LTCC)process，the contact edges between the scraping glue and the screen are chamfered.The scraping glue is deformed due to compression during the hole filling process，and the originalserrated sharp corners are improved into smooth rounded corners.Through one hole filling，the qualityof hole filling is improved and work efficiency is improved.Key words:Low-temperature co-fired ceramic(LTCC)；Scraping glue；Chamfering；Improving mea-sures低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ce-ramic，LTCC)是将低温烧结的陶瓷粉经过流延制成厚度精确且致密的生瓷带，作为电路基版的材料。其电路制作工艺是在生瓷带上打孔，经填孔、导体浆料印刷、叠片、层压等工艺制成所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，在 850900 的烧结炉中烧结成型，制成三维电路网络的无源集成组件1。LTCC 具有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性，可以适应大电流及耐高温特性的要求，可靠性高，还可以制作层数很高的电路基板，有利于提高电路的组装密度，减少体积和重量等独特优势，因此用于制作新一代移动通讯中的表面组装型元器件将显现出巨大的优越性。先进封装技术与设备37（总第 300 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMJun 2023LTCC 功能器件主要用于无线电话、蓝牙、WIFI、WLAN 等通信产品。随着通讯产品的市场容量不断增大，蓝牙、WIFI、WLAN 等通讯技术逐渐成熟，许多新的电子产品必将涌现。因此采用LTCC 工艺生产的产品市场很大，同时伴随着一些终端产品产能过剩，价格和成本竞争日趋激烈，元器件的国产化将提上议事日程，这将为国内LTCC 器件的发展提供良好的市场契机，LTCC 工艺具有良好的市场前景。1 LTCC生产工艺流程LTCC 生产工艺流程主要包括生瓷带的制备、打孔前处理、打孔、填孔、印刷、叠压、等静压层压、切割、排胶烧结、后印后烧、调阻、电性能测试等过程，如图 1 所示。图1 LTCC生产工艺流程其中通孔填充工序是 LTCC 生产中的关键环节之一，它是将浆料通过网版挤压到生瓷片上已打好的通孔中，将通孔金属化来实现电气的连接、元器件的散热等功能。因此填孔好坏直接影响到LTCC 基版的成品率和可靠性。作为 LTCC 生产线的关键步骤，填孔工序要求做到快速、精准、有效。填孔工艺有丝网印刷填孔和不锈钢网版填孔两种方式，两者相比，不锈钢网版填孔效果更好，尤其对于目前 LTCC 最常用孔径在 0.10.3 mm的通孔效果更好。不锈钢网版的填孔效率高，高度易于控制，且更换网版便捷，因此在 LTCC 实际生产中用的更为广泛。不锈钢网版填孔的原理是将所填浆料均匀地涂抹在网版图形的上下方，避开图形，调整网版将网版与图形的定位孔对位，运行多孔陶瓷吸附台吸附生瓷，刮刀下压至网版，设置一定的参数，刮刀运行推动浆料经过网版孔流入生瓷的对应孔中实现填孔如图 2 所示。填孔工序的填孔质量控制要求为无漏孔、100填充饱满。其检测方法为填充后的生瓷在灯箱上检测是否有漏填，通过显微镜、激光测厚仪检测填充饱满程度，要求控制在15 m。影响填孔质量的因素有工艺参数和刮刀特性。工艺参数中的刮刀压力、填孔速度、离网距离等均会影响到填孔的饱满度，如果出现饱满度较低时，很可能会出现凹陷，严重时会形成漏孔导致基板开路。同样，填孔过于饱满，则可能会影响基版的平整度，造成凸起，进而影响到金丝键合强度。在平时的生产中我们更多的是通过调节压力、速度等参数来控制图2填孔原理卷状生瓷带切片打孔通孔填充导体印刷堆叠层压热切烧结后印后烧调阻电性能测试填孔方向多孔陶瓷台台面纸生瓷片网版刮刀浆料先进封装技术与设备38（总第 300 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMJun 2023填孔质量，参数设置如表 1 所示，但往往忽略了刮刀对填孔质量的影响。本文将从刮刀的角度进行阐述来实现填孔的高效、高质量。2刮刀的作用及优化措施常用的刮刀如图 3 所示，其材质为较软的聚氨酯。在填孔过程中，通过给刮刀一定的压力，刮刀受到挤压通过网版上的图形孔将浆料填于生瓷的孔中。由于刮刀的材质偏软，在受到挤压通过网版图形孔时会产生形变。我们用这种刮刀设置常规使用参数（压力：100120 N；速度：45 mm/s；离网距离：0.5 mm），用某产品的 5 张生瓷片做填孔实验，分别对其进行 1 次填孔，用显微镜、激光测厚仪检测，结果如表 2 所示。表1工艺参数设置参数网版尺寸/mmmmmm网框厚度/mm真空压力负压时间/s模式选择印刷模式印刷范围/mm刮刀速度/（mm s-1）刮刀压力/N离网距离/mm离网速度/（mm s-1）印刷风格序号设置2002000.425.4关10半自动回墨-印刷-回墨100451200.50.51图3刮刀图4棱边接触表2实验测试数据型号*层号65324版号954973897995890数据 1左上-21.1左上-30.58左上-23.3左上-38.61左上-21.5数据 2左下-16.49左下-29.17左下-25.4左下-36.52左下-19.44数据 3中间-20.65中间-32.7中间-28.32中间-34.25中间-26.1数据 4右上-20.63右上-31.64右上-30.2右上-36.66右上-18.77数据 5右下-20.58右下-29.65右下-23.5右下-37.37右下-22.61m从测量结果来看，填出来的孔大多存在凹陷，不能满足15 m 的工艺要求，分析其原因发现，因为刮刀在推刮浆料时实际所用的部位仅为刮刀的一个棱边，为棱边接触，如图 4 所示。在刮刀棱边与网版接触，通过网版图形孔时，刮刀受到挤压产生形变，形成一些锯齿状的凸起尖角，在刮刀运动过程中带走孔中的部分浆料而导致凹坑，如图 5 所示。针对该现象，修改工艺参数（压力：7090 N；速度：45 mm/s；离网距离：0.5 mm），减小了刮刀压力，发现凹坑现象得到明显改善，但生瓷片上易出现漏填现象，如图 6 所示。图5凸起尖角刮刀网版先进封装技术与设备39（总第 300 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMJun 2023针对此现象，对同一生瓷片进行 2 次填充。结果显示，填孔质量得到了有效地改善；但如果每张生瓷片均需填充 2 次，生产效率太低。为此，将刮刀与网版的接触棱进行了倒角，如图 7 所示。在工艺参数（压力：100120 N；速度：45 mm/s；离网距离：0.5 mm）不变的情况下，对生瓷片进行1 次填孔，用激光测厚仪测量填孔情况，数据显示结果如表 3 所示。图6漏填现象图7倒角后的刮刀表3测试数据型号*层号7910811版号993926897995889数据 1左上 11.1左上 10.58左上 11.5左上 10.61左上-3.35数据 2左下 10.49左下 9.17左下 10.4左下 10.52左下 5.22数据 3中间 6.32中间 5.47中间 3.32中间 12.25中间 1.21数据 4右上 10.21右上 9.64右上 9.2右上 10.66右上 3.77数据 5右下 11.2右下 11.65右下 10.46右下 10.37右下-2.36显示结果表明大多孔填充饱满，均在15 m之内，用灯箱观察无漏填现象，满足使用要求。分析发现，经倒角后的刮刀与网版接触的不再是棱边，而是一个面接触，如图 8 所示，在受到压力挤压后，刮刀与网版接触通过填充孔时所形成的不再是锯齿状的尖角，而是平滑的圆弧，如图 9 所示，浆料不会被大量带走，故填出的孔饱满。运用改良后的方法对 LTCC 某产品填孔，经整平、印刷、叠压、层压、烧结等工序加工制成LTCC 基板，再测试其表面平整度、通断情况和金丝键合强度，观察是否满足最终产品要求。首先将生产出的基板在显微镜下观察其表面，没发现有明显的凸起或凹坑，再用 3D 测厚仪测试其表面平整度，发现凸起值均小于 10 m，满足产品平整度要求，再对产品做通断检测，未检测出开路情况，随后对基板进行金丝键合并进行拉力实验，测试焊盘键合力2。测试数据如表 4 所示。图9平滑圆弧图8面接触表4 25 m金丝键合拉力测试基板 A基板 B基板 C基板 D基板 E测试 110.21613.22912.3798.64610.303测试 28.3407.6269.69410.77010.185测试 310.1598.55212.4488.5799.167测试 45.88110.65210.99812.9428.722测试 57.00511.01910.8499.90911.121g刮刀网版（下转第54页）先进封装技术与设备m40（总第 300 期）电子工业专用设备Equipment for Electronic Products ManufacturingEEPMJun 2023表 4 的数据表明焊盘、导带表面的金属浆料均能承受 5 g 以上的键合力，满足金丝键合拉力测试的合格范围。故能证明运用该方法填充孔的饱满度满足使用要求。3结束语通过对填孔刮刀的改良，将刮刀与网版的接触棱边进行倒角，刮刀在填孔过程中受到挤压产生变形，由原来锯齿状的尖角改良成平滑的圆角进行填孔，发现其饱满度满足使用要求，没有出现凹陷形成漏孔导致基板开路。同样也未过于饱满填孔，影响基板的平整度，造成凸起，金丝键合强度也满足使用要求。同时，无需 2 次填充，1 次填充即可满足使用要求，此改良措施既改善了填孔质量，又提高了工作效率。参考文献：1吕琴红，李俊.低温共烧陶瓷（LTCC）工艺的研究J.电子工业专用设备，2009，38(10)：22-25.2国家标准局.微电子器件试验方法和程序S.GJB548B-2005.北京：总装出版发行部.2005.作者简介：张英英（1981），女，山西洪洞人，本科，工程师，主要从事印刷、填孔、整平等微电子封装专用设备研究。实可行。采用同样的方法，也可以对 XYZ 3 个轴进行定位精度、直线度以及垂直度的补偿；但由于线性插值本身的局限性，它需要比较多的检测点来获取更好的补偿精度。若需要获取更高的补偿精度，可采用曲线平滑拟合的方式。参考文献：1艾 妮.基于 PLC 的自动点胶机控制系统的研究与设计J.轻工科技，2017(8)：91-92.2漆志亮.基于机器视觉的点胶机工件定位研究D.南昌：南昌大学，2018.3侯一雪，王 雁，曹国斌，等.一种应用于芯片高精度拾放的视觉定位方法J.电子工业专用设备，2014，43(2)：28-32.4赵小松.四轴联动加工中心误差补偿技术研究D.天津：天津大学，2000.5Zhao Y X.Integrated Modeling of a Time-Pressure FluidDispensing SystemforElectronicsManufacturingJ.IEEETransactions on Manufacturing，2007，7(6)：86-98.6张伟，陈鹏，潘爱金，等.数控机床误差检测及补偿技术研究进展J.机床与液压，2019，47(17)：198-2057迟关心，郝昕宇，张昆，等.数控机床定位精度的检测及补偿J.航天制造技术，2010(3)：51-54.8段密克，徐迎春.基于激光干涉仪的定位误差补偿实验研究J.计量与测试技术，2022，49(4)：36-40.作者简介：庞克俭（1971），男，河北省沙河市人，高级工程师，主要从事半导体专用非标设备的研制开发与生产，曾主持开发了等离子清洗机、等离子去胶机、气态氟化氢（VHF）释放系统、微波探针台、视觉型点胶机等专用设备。锦州：辽宁工业大学，2019.4廖佳涛.基于交流伺服电机的纤维缠绕张力控制系统研究D.武汉：武汉理工大学，2011.5任剑，靳建鼎.薄膜卷制过程中张力控制系统的应用J.电子工艺技术，2010，31(3)：172-176.6薛烨豪，潘丰.虚拟主轴同步控制策略在张力控制中的应用J.制造业自动化，2020，42(8)：58-62.7于水.基于力矩电机的铺丝机构张力测控技术研究D.南京：南京航空航天大学，2009.作者简介：李国林（1985），男，山东潍坊人，硕士，高级工程师，主要从事印刷机、填孔机、叠压机等电子专用设备的研发工作。（上接第40页）（上接第48页）电子专用设备研究54