LTCC低温共烧陶瓷生工艺流程及其应用

科技   2024-11-21 16:47   河北  




LTCC低温共烧陶瓷生工艺流程及设备

LTCC技术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、叠层、等静压、切割、排胶烧结、焊接、检测等过程:


图 LTCC技术工艺流程图



1. 浆料制备





材料通常采用陶瓷、玻璃粉和有机粘合剂按照一定比例配方混合,制成成份均匀、性能均一的浆料。需要球磨机、砂磨、搅拌机等。



2. 流延





浆料通过脱泡、消泡等,再将浆料通过流延成型制成生瓷带。对生瓷带的要求是:致密、厚度均匀和具有一定的机械强度。





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流延机在制作LTCC/HTCC生瓷带时,厚度均匀性是关键。这主要考验流延机的刮刀系统精度、基材平整度、流延速度控制、浆料供应稳定性、环境条件控制、干燥系统均匀性以及设备整体稳定性。这些因素共同决定了生瓷带的厚度一致性。



3. 裁片





将卷带生瓷带按照一定的尺寸进行裁切,裁切的尺寸要比所需要的尺寸略大,以便满足后面的加工。





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4. 冲孔





在生瓷片上以机械冲孔/激光冲孔的方式制作出用以进行电气互联的过孔、通孔。该工艺有两种方法,机械式冲孔机和激光式打孔机。



孔径大小、位置精度均将直接影响布线密度与基板质量。在生瓷片上打孔就是要求在生瓷片上形成(0.1~0.5)mm直径的通孔等图形。打孔过程中要求对孔周围的影响要小。机械冲孔对多孔需求的生胚在生产效率及生胚的粉屑上较有优势。





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5. 填孔





将过孔填充剂填入过孔中,作为层与层之间电路连接的垂直通路,以制备多层陶瓷基板内部的过孔;


填充通孔的导体浆料与形成导电带的导体浆料的组分不同,其粘度应加以控制,充分使其凝胶化,使通孔填充饱满。



6. 印刷





使用丝网印刷方法,将导电浆料或介质材料印刷在生瓷片上,用以制作电气互联的导线及印制元器件(电阻、电容、压敏电阻等);



印刷工艺参数包括刮板速度、角度、压力和柔韧性等,若印刷参数控制不当,则线条边缘呈现锯齿状,对电路性能影响较大。



7. 叠片





将已印刷电路图形的生瓷片按预先设计的层数和次序,依次放入紧密叠片模具中,模具上设计有与生瓷片对位孔一致的对位柱,保证对位精度。





8. 温等静压





为使叠层后的生瓷体在排胶烧结时不起泡分层,对生瓷体进行热压。采用等静压工艺,在一定的温度和压力下,使它们紧密粘接,形成一个完整的多层基板坯体。等静压可使层压压力均匀分布到生瓷体上,确保基板烧结收缩一致。



9. 切割





将较大面积的生瓷基板,按照各元件、模块的切割边界进行切割分离,便于进行烧结。切割机目前主要是在速度及精度上要求高,通常小尺寸产品切割难度较大。





10. 排胶、烧结





将热切下来的生瓷单体放置在烧结炉内的承烧板上,设定好产品烧结的温度曲线后进行烧结。在保证温度均匀的前提下,缓慢进行加热升温,以实现产品的排胶烧结,烧结温度约850~900°C。


排胶烧结关系到瓷体中气体多少、颗粒之间的结合程度以及基板的机械强度的高低。烧结工艺的关键是烧结曲线和炉膛温度的一致性,它决定了烧结后基板的平整度和收缩率。升温速率不宜过快,否则会导致烧结后基板的平整度差、收缩率减小,甚至会发生翘曲。采用烧结炉,优化排胶升温速率和保温时间与生瓷带的尺寸、层数和金属化量的关系。



11. 钎焊





将表面清洗好的工件以搭接形式装配在一起,把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。加热使钎料熔化,液态钎料与工件金属相互扩散溶解,冷凝后即形成钎焊接头。



12. 测试





对烧结好的低温共烧陶瓷多层基板进行检测,以验证多层布线的连接性。主要使用探针测试仪、激光调阻设备、分选设备等。





LTCC的应用领域

LTCC凭借突出的优势现已成为无源集成的主流技术,广泛应用于消费电子、通信、汽车电子、军工等市场。




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