ltcc電路加工過程質量影響因素都有哪些

通訊技術發(fā)展迅速，電子產品像小型化和多功能化發(fā)展，ltcc（低溫共燒）電路基板具有集成度高、內置無源器件、優(yōu)良的高頻性能等特點，目前在宇航、軍事、微波和射頻通信等領域廣泛應用。

Ltcc電路基板加工難度大，工藝較為復雜，其難點在于工藝參數的敏感性和燒結后基板不可返工性。對具體是商品，因材料、尺寸、層數、結構、圖形分布等的不同，往往需要多輪次的加工參數調整，才能得到滿意的ltcc電路，除了嚴格控制各個工序的材料、工藝材料、過程外，還必須在疊片前檢驗剔除不合格的生瓷片層，在燒結后監(jiān)控基板的收縮率、密度、平整度、通斷狀態(tài)等關鍵指標。ltcc電路加工過程質量影響因素都有哪些呢。

一，ltcc電路加工工藝流程

目前國內ltcc采用是進口生瓷帶進行基板電路的加工，其加工工藝流程主要包括

ltcc基板電路設計工藝性審查、CAM處理、網板制作、沖孔、絲網印刷（填孔及導體）、疊片、層壓、燒結、劃片及檢測等。加工工藝如圖1展示。

二，ltcc電路加工過程質量影響因素

Ltcc電路加工過程中，影響產品質量的因素眾多，歸納起來主要是人員、設備、環(huán)

境、材料、以及加工工藝參數等極大因素。

人員因素:不同的人對設備的了解和掌握成度不同，責任心和細心程度也不同，加工的產品質量有所差異。

設備因素：不同生產廠家，不同型號的設備其功能和加工能力不同，所加工的產品質量有很大的差異。高精密的設備是高品質產品的重要保證。

環(huán)境因素：ltcc電路基板受環(huán)境營銷較大、廠房的溫度、影響生瓷片的粘性及尺寸穩(wěn)定性，影響漿料、感光膠、繃網膠的黏粘度，影響菲林尺寸的穩(wěn)定性。廠房的潔凈程度影響漿料與瓷片、瓷片與瓷片之間的粘接質量以及菲林圖形、網版圖形、印刷圖形的質量，這些都會影響對最終產品的質量造成影響。

材料因素：生瓷片作為主要材料之一，其成分、厚度、收縮率、介電常數、損耗因子等影響產品加工過程中的工藝參數及最終電性能，需要合理選擇。漿料種類不同，其印刷和燒結特性不盡相同，它們對產品的電路連接性、電阻率、焊接性及鍵合性等影響較大。感光膠片、顯影液、定影液、不銹鋼絲網、粘網膠、重氮感光膠等影響產品加工中的菲林圖形和網版圖形質量，進而對最終產品的圖紙和精度造成影響。微粘膜對疊片質量有影響、選擇不當會出現疊片后導體線條裂縫等現象。硅膠、PET膜、真空袋等影響層壓質量。承燒板對基板燒結后的表面質量及平整度有影響。劃片用的粘貼材料影響產品尺度精度、外觀和成品率等。

工藝參數因素：LTCC電路主要加工工序及影響產品質量的主要參數如圖2所示。各工序影響質量工藝參數分析如下：

2.1電路工藝審查因素分析

受設備和工藝水平的制約，各單位LTCC生產線加工能力有所不同，所能加工的最小線寬/線距、最小孔徑/孔距、最小線孔距、線及孔到產品邊緣的最小距離等有所不同，為了確保產品質量和成品率，接到電路設計文件后，首先應該根據本單位的《LTCC電路設計工藝規(guī)范》對電路設計的工藝性（即可制造性）進行審查。如果設計文件不符合規(guī)范的相關要求，就會增加加工難度，使成品率降低。工藝審查是LTCC電路加工的第一步，其重要性不可言喻。審查內容包括：最小線寬/線距、最小孔徑/孔距、最小線孔距、線及孔到產品邊緣的最小距離等。

2.2，CAM處理因素分析

LTCC電路加工所用的瓷片具有收縮特性，瓷片型號不同其收縮率也不同，而且收縮率對產品質量影響較大，加工前必須對收縮率對線路圖形進行整體放大。由于所用設備不同，瓷片生產廠家提供的收縮率（見表一）與實際收縮率存在偏差，應根據實驗驗證的收縮率進行圖形放大，如圖形放大比例不對，會造成廢品。

        某些電路結構，焊接需要在產品的側端進行，一些線條需要與側端導體相連，為了確保電路上的連通，必須把需要與側端導體相連的線條延長。尺寸延長太小，印刷、疊片、劃片等誤差會造成內部線與導體不連通，尺寸延長過大，會造成兩個圖形之間線條交疊，既浪費漿料，又對劃片和燒結工序造成不利影響。應該根據印刷、劃片、疊片誤差等因數，確定線條外延尺寸。

       在htcc電路加工中，網版制作、絲網印刷、疊片和層壓等工序存在一定的加工誤差，加工前需要對綜合加工誤差對線條寬度修正補償，以確保線路精度。修正值太大或者太小，都會影響都會降低產品的線寬精度。

       為了確保瓷片上的孔被漿料填滿，填孔網版上的孔徑需要按照合適的尺寸進行擴大。如果孔徑擴大尺寸太小，孔內不能完全填滿漿料。如果孔徑尺寸擴大太大，孔盤尺寸太大，可能會造成孔盤與孔盤或孔盤與導線間相連?？讖綌U大原則是在保證孔內完全填滿漿料的前提下、孔盤尺寸越小越好。

Ltcc基板屬于多層電路結構，加工過程中填孔以及線條印刷、疊片等不可避免的采用對位標記。如果對位標記不合理，會造成使用不便，同時對位精度也難以保證。由于生瓷片流延方向（縱向）與橫向收縮率有差異，疊片時相鄰層應90°交叉放置，因而要使用方向標記。此外，熱切和劃片也需要使用相應的標記。因為CAM處理時，定位孔、方向標記、層數標記、熱切與劃片等標記不可漏放。

2.3，網版印刷因素分析

網版制作是一個把CAD圖形轉化為菲林圖形，再把菲林圖形轉化為網版圖形的過程。由于LTCC基板上的電路圖形是通過網印膜板印刷到瓷片上的，因此網印膜版的質量對印刷圖形的質量乃至最終產品的質量影響很大。

在把CAD圖形轉華為菲林圖形的過程中，光繪分辨率影響菲林圖形邊緣的光滑程度及菲林的最小線寬/線距。分辨率越高，圖像邊緣越光滑，最小線寬/線距越小，光繪的掃描速度就越慢。目前顯影、定影均由自動沖片機完成。膠片不同，自動沖片參數也不同，無論哪種沖片，廠商都會推薦實踐證明了的沖片參數。所以，溶液配比，溶液溫度、機器傳送速度等均應按照廠商提高是參數進行，否則菲林圖形的質量難以保證。

在菲林圖形轉化為網版圖形的過程中：（1）不銹鋼絲網目數及線徑決定了網版制作和絲網印刷最細線條和精度。網目越高、線徑越細，所能制作網版線條和絲網線條就越細，線條垂直度和精密第就越高。但是網版所能承受的張力就越小，絲網的價格也會急劇升高，因此要綜合考慮。（2）繃網角度影響圖形邊緣的光滑度，如果繃網角度不合適，線條毛刺就會增多，精度難以保證。（3）網版張力影響印刷時的離網間距、印刷圖形的位置精度及網版的使用壽命。網版張力越小，印刷時的離網間距就越大。如果網版戰(zhàn)力太小，印刷時容易粘網，圖形的位置偏差加大，造成套印精度難以保證。網版張力太高，絲網容易繃裂、網版使用壽命短。（4）網版的膠膜厚度影響印刷線條的精度及厚度。膠膜薄，印刷線條厚度就薄，線條精度就容易保證；膠膜厚，印刷線條厚度就厚，線條精度就不容易保證。膠膜太厚，太薄都會都產品的電性能造成影響。（5）膠膜烘烤溫度影響網版的顯影效果，溫度太高，膠膜不易顯干凈，溫度太低，膠膜和絲網結合力差，線條邊緣容易發(fā)毛。（6）曬版時間越長，線條越窄，膠膜不易顯干凈；曬版時間太短，線條越寬，膠膜結合力差，顯影時膠膜損失嚴重，線條邊緣容易發(fā)毛，膠膜厚度也會減薄。（7）顯影時水壓大，線條邊緣清晰；水壓小，靠近不銹鋼的膠膜不易顯干凈。但顯影水壓太大或者太小，都會造成線條邊緣毛刺。（8）顯影時間長，膠膜容易顯干凈。但顯影時間太長，線條邊緣出現毛刺或者變形；顯影時間太短，膠膜不易顯干凈。

2.4，沖孔因素分析

為了減少加工過程中瓷片的尺寸變化帶來層間對位偏差，沖孔前，瓷片需要做一定程度的老化處理，如果老化處理條件不合適，瓷片的尺寸穩(wěn)定性不好，對位精度難以保證，疊片時層間粘合性也會受到影響。

由于生瓷片流延方向X方向和y方向收縮率有所不同，為減少收縮率偏差的影響，沖孔時通常把相鄰層間瓷片進行90°旋轉，如不旋轉會造成基板的翹曲。為了保證沖孔質量，通常采用瓷面朝下。

沖孔時，沖針和沖模間隙對沖孔質量影響很大，沖針與沖模的間隙太小，沖針容易斷裂；沖針和沖模間隙太大，孔的位置精度難以保證，孔周圍瓷片容易變形。另外如果沖針使用時間過長，磨損嚴重，會造成孔徑誤差，孔壁質量也難以保證。

2.5，絲網印刷因素分析

Ltcc基板上的電路是通過絲網印刷的方式從網印膜板上轉印到瓷片上的，因而印刷質量直接影響產品質量。

影響絲網印刷的因素很多，其中不銹鋼絲網目數及線徑、繃網角度、網版膠膜厚度、網版張力等因素的影響，前面已經闡述過。

印刷速度影響印刷時間和油墨的粘性，一般來說減低刮刀速度，會增加印刷時間和適印性。但是過慢的印刷速度會增加絲網和基片的解除時間，降低印刷圖形的分辨率。增加印刷速度時，由于漿料的觸變特性使得其黏度降低，增加滾動現象，從而使其更容易推過空口，改善轉移質量。但刮刀速度也不宜過快，否則將導致漿料內部產生滯留空氣，降低印刷質量。在其他印刷參數不變的情況下，印刷速度越快，線條越細、厚度越厚。印刷速度越慢，線條越寬，厚度越薄。印刷速度太快或者太慢，都會影響圖形精度。

印刷壓力影響絲網本身的形變量以及絲網與基板之間的間隙，他們的大小決定了壓力釋放時絲網回彈力的大小和離網特性。通過調整壓力，可以改善接觸間隙和絲網變形量，從而優(yōu)化印刷質量。通常，刮刀壓力高時，容易產生流滲，致使圖形變形。壓力低時，可能導致圖形模糊，甚至造成印刷圖形不完整。在其他印刷圖形不變的情況下，印刷壓力大，線條越寬，厚度越薄。印刷壓力小，線條越窄，厚度越厚。

離網距離影響漿料與基片接觸的程度，從而影響印刷質量。漿料和基片之間之間有良好的粘結力，所以才能去除絲網網孔內的漿料。離網距離過大，漿料和基片接觸不充分，網版上的圖形不能完整的轉移到瓷片上；反之過度的接觸，會導致線條模糊等問題，從而影響線條的平直度。

刮刀壓入量對印刷質量的影響表現為：壓入量太小，印刷后線條不完整，壓入量太大，線條紋理嚴重，表面不平整。

漿料型號不同，器黏度不同。放置及使用過程中，由于溶劑揮發(fā)，漿料粘度會逐漸變大，漿料黏度變大，流動性不好，印后紋理現象嚴重；每次應用前，可測試漿料黏度，用配套稀釋劑可進行黏度調整。

刮刀硬度和角度對印刷質量的影響表現為：刮刀硬度越大，印刷線條精度越高，但厚度越薄，所以要綜合考慮印刷精度和厚度，進行刮刀硬度的選擇。如果刮刀角度不合適，一方面影響圖形精度，另一方面影響漿料的滾動性。

填孔網版鋼片厚度影響填孔高度、層壓后孔盤尺寸大小以及孔相連的導體的連續(xù)性。鋼片越厚，填孔高度越高，層壓后的孔盤直徑越大，越易造成與孔相連的導體的不連續(xù)。

2.6，疊片因素分析

印刷好的導體和形成互連通孔的生瓷片需要按照預先設計好的層數和次數依次疊放并在一定溫度和壓力下初粘在一起形成完整的多層基板胚體。

疊片時、溫度、壓力和時間影響層間粘接強度，溫度高、壓力大、時間長、瓷片層間粘接性好，但溫度太高、瓷片就會太軟、變形嚴重、層間氣泡增多。溫度低，壓力小，時間短，瓷片層間粘接性差，容易分層。

疊片時，對位校準次數影響層間對位精度，校準次數越多，對位精度越高。

2.7，層壓因素分析

疊片后，多層基板胚體還需要在一定穩(wěn)定和壓力下，進行層壓使之層間更加緊密地連接。層壓在水靜壓機中進行，層壓前應選擇合適的保護措施，防止水接觸瓷片，否則會造成瓷片層間分層、氣泡等現象。層壓過程中，溫度、壓力和時間影響瓷片層間粘接強度、收縮率和密度等，對產品質量影響較大。

2.8，燒結因素分析

燒結是將熱切后的生瓷胚體放入高溫爐中，按照既定的燒結曲線加熱燒制，使得LTCC生瓷片和漿料等各種材料一次性燒結成型，是LTCC加工關鍵詞工序之一。燒結過程中排膠升溫速度、排膠溫度及時間、排膠氣流量、燒結升溫速度、燒結溫度和時間、燒結氣流量等參數影響基板的空隙率，翹曲度、密度、收縮率和熱膨脹系數等性能。這些參數選擇不合適，會造成基板孔隙率增大，翹曲度大、線條表面空洞、層間分層或氣泡、機械強度低等缺陷，嚴重影響產品質量，甚至造成廢品。

2.9劃片因素分析

劃片是LTCC基板加工的后道工序，劃片質量的好壞影響產品的性能，外觀及成品率。影響劃片機劃片的因素有很多，如貼片材料、切割刀具、主軸轉速、切入切出速度、切割速度、切入深度以及冷卻水壓力等。貼片材料選擇不當，產品性能、外形尺寸、成品率等難以保證。即使粘貼材料選擇合適，如果劃片后去除方法不當，同樣會造成極低的成品率甚至全板報廢。同樣，劃片參數不合適，不僅產品外形尺寸受到影響，崩邊和崩角現象也會加重。因而，選擇合適的貼片材料以及劃片所用的主軸轉速，切入切出速度、切割速度、切割深度等非常重要。

2.10 檢測

LTCC基板需要檢測的指標有：外形尺寸及精度、崩邊情況、表面狀態(tài)、線寬及精度、線寬及精度、收縮率、翹曲度、密度、電路通斷、焊接性和金絲鍵合性等。其中，線寬及精度、收縮率、翹曲度、電路通斷需要重點檢測。

3. 結束語

通過對LTCC基板加工過程質量影響因素的分析，可以得出加工過程中需要控制的要點，對LTCC加工有一定的參考價值。

參考文獻：

1，何健峰  《LTCC基板制造和控制技術》

2，何中偉 《LTCC基板工藝技術的重點和應用》

3，趙飛，黨元蘭 《LTCC電路加工中關鍵技術分析》