LTCC基板三大關(guān)鍵工藝問(wèn)題的優(yōu)化方案

現(xiàn)代LTCC技術(shù)是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿和精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所設(shè)計(jì)的電路版圖，并將多個(gè)元器件埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可選用Ag、Cu和Au等金屬材料，在小于1000°C的溫度條件下燒結(jié)，最終制成3D的高密度集成電路，也可制成內(nèi)置無(wú)源元件的3D電路基板，也可以在其表面貼裝IC和有源器件制成無(wú)源/有源集成的功能模塊。目前來(lái)看，LTCC技術(shù)是解決電子產(chǎn)品"90%問(wèn)題”的主流技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)電子整機(jī)或系統(tǒng)小型化、高性能化與高密度化的首選方案，被廣泛應(yīng)用于射頻電路系統(tǒng)。但LTCC多層電路基板制造工藝流程較長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，基板收縮率、翹曲度、層間對(duì)位精度等都是影響產(chǎn)品性能的重要因素。本文將根據(jù)上述技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)如何優(yōu)化工藝參數(shù)及解決上述問(wèn)題展開(kāi)論述分析。三大影響因素分析收縮率偏差LTCC收縮率與其密度有直接關(guān)系，密度越大收縮率越小，密度越小收縮率越大，反應(yīng)到工藝參數(shù)上來(lái)，密度與層壓壓力相對(duì)應(yīng)，因此可以通過(guò)調(diào)控層壓壓力來(lái)改變LTCC產(chǎn)品的收縮率，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。且LTCC基板由于存在金屬通孔、印刷金屬導(dǎo)線，這些金屬的收縮率不同于白瓷收縮率，因此相同層壓壓力下LTCC產(chǎn)品的收縮率與白瓷的收縮率有一定差異，需要進(jìn)一步研究其規(guī)律，積累工藝數(shù)據(jù)，進(jìn)行層壓壓力相應(yīng)的調(diào)整?；迓N曲?燒結(jié)原因：燒結(jié)工藝與基板翹曲度、收縮率有直接關(guān)系，LTCC基板的燒結(jié)過(guò)程實(shí)際是一個(gè)放熱吸熱反應(yīng)的過(guò)程。排膠階段（室溫至500°C左右）基板中有機(jī)物分解揮發(fā)，質(zhì)量減輕；燒結(jié)階段（700C?850C左右）基板發(fā)生結(jié)晶和析晶反應(yīng)，伴隨反應(yīng)的進(jìn)行，基板收縮。因此低溫階段、高溫階段的燒結(jié)時(shí)間，升溫速率與基板收縮程度、翹曲程度關(guān)系密切，需要優(yōu)化燒結(jié)曲線，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整排膠階段升溫速率、時(shí)間，燒結(jié)階段升溫速率、時(shí)間，各階段空氣流量等重要工藝參數(shù)。?基板結(jié)構(gòu)及金屬分布問(wèn)題：LTCC基板的結(jié)構(gòu)也是決定LTCC基板燒結(jié)翹曲度的關(guān)鍵因素，當(dāng)LTCC基板上存在多種規(guī)格的空腔結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)難以均衡對(duì)稱(chēng)，同時(shí)由于LTCC基板上含有大量通孔及密集金屬導(dǎo)線，這些都難以均勻分布，這樣就容易導(dǎo)致其翹曲度超差。?漿料選用問(wèn)題：不同銀漿、金漿與生瓷帶熱膨脹系數(shù)匹配性不同，因此大面積印刷層選用不同漿料時(shí)對(duì)基板翹曲度的影響尤為明顯。通孔層間對(duì)位偏差LTCC基板層間對(duì)位偏差與打孔精度、生瓷片自身收縮情況、各層印刷導(dǎo)體情況，疊層對(duì)位精度等眾多因素相關(guān)，是控制的難點(diǎn)，因此需要對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行監(jiān)控，找出主要影響因素，進(jìn)行優(yōu)化控制。按照帶膜工藝流程進(jìn)行LTCC制造，對(duì)全過(guò)程進(jìn)行錯(cuò)位監(jiān)控。帶膜工藝LTCC通孔錯(cuò)位原因分析表（單位：pm）時(shí)冋L11?L1QL13盂耀片向垂直方向盂延冇向蔬延方向垂亙古向孟延冇向垂套方向訂孔后15^.996159.^9216O.G19他伽160J014填孔千烽后1W.0OD1冊(cè)如I6D.HK1l6CL0ni4160.01116C.017I^D.0151M-02416OJ011I59.W5)60.0121^X015160.013160.016160X)1$胃股后04小時(shí)160-07816Q-W81創(chuàng)咖160,07516C.009UQ.066160J1J傭曲的變愍矍+67-24+61-9創(chuàng)一4+50-6160-082leouosa150.997160,075159J94HO,077160-W9審和?薄半巾時(shí)后159.W4160.DBI134M2160.065通扎家毒10h后160.0B416a.0E-B159.W3-16O.DE61逼如216OW16005；+2一1545_A+112+10-4通過(guò)全流程跟蹤監(jiān)測(cè)，帶膜生瓷片在撕膜后會(huì)有一個(gè)應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致較大變形，其中主要形變方向?yàn)樯闪餮臃较?，表現(xiàn)為放大，范圍約為40ym?70ym，垂直于流延方向則表現(xiàn)為收縮，范圍約為10ym?20ym，是帶膜工藝通孔錯(cuò)位的主要原因。工藝方案及試驗(yàn)結(jié)果收縮率偏差控制工藝方案為了尋求實(shí)際收縮率與曲線上收縮率的誤差，通過(guò)多輪的層壓試驗(yàn)，實(shí)測(cè)LTCC收縮率與LTCC"層壓壓力一密度一收縮率”關(guān)系曲線上收縮率誤差約為0.2%?0.3%，依此指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。在LTCC制造中，工藝設(shè)計(jì)收縮率15.8%,為達(dá)到次收縮率，因?yàn)樯鲜鲈囼?yàn)證明實(shí)測(cè)LTCC收縮率與曲線上收縮率誤差約為0.2%?0.3%，因此要到達(dá)15.8%的收縮率，應(yīng)選用16%收縮率所對(duì)應(yīng)的層壓壓力，即力3000psi。實(shí)際效果表明效果較好，達(dá)到了設(shè)計(jì)收縮率?；迓N曲度控制工藝方案?燒結(jié)工藝優(yōu)化：降低排膠階段升溫速率，優(yōu)化各階段氣流量，緩解不同材料熱膨脹系數(shù)不匹配的應(yīng)力。?布版設(shè)計(jì)優(yōu)化：對(duì)于單塊基板內(nèi)部無(wú)法滿(mǎn)足金屬化平衡分布的情況，擬在版圖布局時(shí)進(jìn)行對(duì)稱(chēng)性布局，使其在整版中形成金屬化平衡分布，燒結(jié)時(shí)再進(jìn)行整版燒結(jié)，這樣就可以有效地改善基板平整度。?漿料選用優(yōu)化：在混合漿料體系中，大面積底層盡量選用同種材質(zhì)的漿料，對(duì)于LTCC背面焊接層，確需選擇不同漿料時(shí)，可盡量選擇后燒型漿料，以此可降低燒結(jié)難度，改善基板翹曲度。按照上述方案進(jìn)行工藝優(yōu)化后，將生產(chǎn)的LTCC基板進(jìn)行了基板外形尺寸及翹曲度測(cè)試，結(jié)果表明，通過(guò)上述改進(jìn)后，基板外形尺寸精度及翹曲度指標(biāo)完全滿(mǎn)足工藝要求，改進(jìn)效果明顯，基板本身及空腔底面平整度均達(dá)到了較好效果，基板均達(dá)到小于2%。的翹曲度。通孔層間對(duì)位偏差控制帶膜工藝，在疊片前撕膜，生瓷片在流延時(shí)積累的應(yīng)力在撕膜時(shí)集中釋放，造成生瓷片無(wú)規(guī)律性變形，引起生瓷片上通孔及導(dǎo)線位置偏移。改為無(wú)膜工藝，在打孔前對(duì)生瓷片進(jìn)行撕膜、自然放置老化處理，以釋放應(yīng)力。

4.無(wú)膜工藝流程通過(guò)上述分析可知，生瓷片脫膜后通過(guò)老化工序，加速生瓷片老化釋放壓力，減小生瓷片在其后加工過(guò)程中的形變量，然后再進(jìn)行生瓷片加工，從而有效地改善了LTCC基板層間對(duì)位偏差，因此老化效果將對(duì)后續(xù)LTCC基板層間對(duì)位偏差有重要影響，老化不充分，脫膜生瓷片在后續(xù)加工中仍將有較大形變，為此需要對(duì)老化工藝開(kāi)展研究，較好的老化的方法通常是對(duì)生瓷片脫膜后進(jìn)行常溫下自然晾置，其關(guān)鍵工藝參數(shù)時(shí)晾置時(shí)間。無(wú)膜生瓷片老化工藝實(shí)驗(yàn)（單位：mm）間距放置時(shí)向、L1L2L3L4160.006160.012159.985160.0075h159.993159.998160.002159.99510h159.989159.993160.012159.99015h159.983159.990160.016159.98320h159.978159.986160.022159.98024h159.972159.982160.027159.97230h159.970159.983160.026159.975凈化間溫度為：24匚濕度：46%試驗(yàn)方法是在脫膜后的生瓷片上沖孔，通過(guò)測(cè)量X、Y方向通孔間距以判斷生瓷片是否老化充分了。試驗(yàn)表明，生瓷片脫膜后自然晾置24h后老化充分，后續(xù)生瓷片形變量不大，因此無(wú)膜工藝?yán)匣瘯r(shí)間可設(shè)置為自然晾置不低于24h即可。無(wú)膜工藝流程下打孔后至疊片前，打孔、填孔、印刷、漿料干燥等工序操作造成的生瓷片形變約在+15ym左右，完全滿(mǎn)足工藝要求，該工藝流程下填孔層間對(duì)位偏差將得以改善。采用上述方案后，通孔對(duì)位精度明顯提高，達(dá)到<40^m水平。5.結(jié)論綜上可知，實(shí)際LTCC基板由于存在金屬通孔、印刷金屬導(dǎo)線，這些金屬的收縮率不同于白瓷收縮率，因此相同層壓壓力下LTCC產(chǎn)品的收縮率與白瓷的收