【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 粘合劑為聚乙烯醇縮丁醛（PVB）系統(tǒng)，屬溶劑型粘合劑系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟和性能穩(wěn)定，其最大缺點(diǎn)是有毒，要求采取必要的環(huán)保和防護(hù)措施。流延工藝就是將漿料澆鑄在移動(dòng)的載帶上，通過(guò)一個(gè)干燥區(qū)去除大部分溶劑后，將所得生瓷帶卷在軸上備用。技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)生瓷帶的致密性、厚度的均勻性和強(qiáng)度的控制。流延法是電子材料工業(yè)中一種普遍使用的成型方法，微電子封裝基板生坯片大多采用此發(fā)制造。通過(guò)控制流延機(jī)的流延刀片與PET磨帶的間距，可以得到不同厚度的流延片。本校LTCC生產(chǎn)線使用流延機(jī)可得到幾個(gè)微米的流延片，另外流延片所能達(dá)到的最小厚度還與材料本身的性能有關(guān)。表23給出了流延薄膜容易出現(xiàn)的問(wèn)題。表23流延薄膜缺陷與解決缺陷成因改善建議針孔/汽泡1. 漿料濃度不夠 2. 漿料內(nèi)有氣體存在1. 減少溶劑 2. 增加脫泡時(shí)間表面條紋1. 灰塵2. 流延刀口不平整3. 球磨不良 1. 保持流延機(jī)內(nèi)部及環(huán)境清潔2. 采用平整流延刀3. 充分將材料球磨一邊厚一邊薄1. 刀口間距設(shè)定兩邊不平行 2. PET膜帶安裝不良，流延機(jī)未有將之拉緊1. 因應(yīng)測(cè)量的結(jié)果調(diào)整刀口間距2. 重新檢查PET膜帶安裝并修正透光不均勻漿料流量不穩(wěn)定檢查氣壓及流量控制狀態(tài)皺紋1 干燥風(fēng)量太大2 干燥空氣太熱1 減低熱風(fēng)流量2減低空氣溫度兩邊翹起1 缺乏增塑劑2 干燥空氣太熱1 添加增塑劑 2 降低干燥溫度中央開(kāi)裂1 存在汽泡2 缺乏增塑劑3 缺乏黏合劑 1 同「針孔/汽泡」2 添加增塑劑3 添加黏合劑斷裂1. 缺乏增塑劑2. 缺乏黏合劑1. 添加增塑劑2. 添加黏合劑 生瓷帶打孔前處理工藝生瓷帶打孔前的處理工藝主要包括裁切、預(yù)處理、沖片等過(guò)程，裁切就是將卷帶生瓷帶按照一定的尺寸進(jìn)行裁切，裁切的尺寸要比所需要的尺寸略大，以便滿(mǎn)足后面的加工。預(yù)處理有兩種方法：一種是將生瓷帶在120℃下烘干20～30分鐘；另一種是將生瓷帶在氮?dú)飧稍锵鋬?nèi)放置24小時(shí)?？捎萌我环椒ㄍ瓿伞ｎA(yù)處理時(shí)間的長(zhǎng)短因生瓷帶材質(zhì)的不同而有差異。沖片采用沖片模具，從而形成有效尺寸的生瓷片及定位標(biāo)記。 打孔生瓷片上打孔是共燒陶瓷多層基板制造中極為關(guān)鍵的工藝技術(shù)?？讖酱笮?、位置精度均將直接影響布線密度與基板質(zhì)量。在生瓷片上打孔就是要求在生瓷片上形成（～）mm直徑的通孔。打孔過(guò)程中要求對(duì)孔周?chē)挠绊懸?。生瓷片上打孔的方法主要有三種：數(shù)控鉆床鉆孔、數(shù)控沖床沖孔、激光打孔。利用計(jì)算機(jī)控制鉆床對(duì)生瓷片打孔的優(yōu)點(diǎn)是打孔位置正確與精度較高（可達(dá)177。50μm）?？椎拇笮∪Q于鉆頭尺寸，一般來(lái)說(shuō)。數(shù)控鉆床的對(duì)位可采用模擬方法。由于數(shù)控鉆床鉆孔是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序依次進(jìn)行的，所以打孔效率不高，打孔速度為每秒（3～5）孔。此外，機(jī)械鉆孔對(duì)孔的邊緣會(huì)產(chǎn)生一定影響。數(shù)控沖床沖孔是對(duì)生瓷片打孔的一種較好方法，特別對(duì)定型產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，沖孔更為有利?？捎脹_床模具一次沖出上千個(gè)孔。打孔效率高，打孔速度為每秒（8～10）個(gè)孔，精度為177。10μm，適合于批量生產(chǎn)。由于孔的數(shù)量和排列都不同，不同層的生瓷片上打孔所需的模具不同，因而提高了成本。通過(guò)沖模設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，可以減少模具的品種和數(shù)量，降低成本。激光打孔是生瓷片的理想打孔方法。目前常用二氧化碳激光器作為生瓷片打孔機(jī)的光源。二氧化碳激光器功率大，生瓷片內(nèi)的有機(jī)粘合劑容易被二氧化碳激光所汽化，打孔過(guò)程中對(duì)生瓷片的影響小，其最小孔徑可達(dá)50μm。Q開(kāi)關(guān)Nd－YAG激光器的打孔速度可達(dá)每秒（250～300）孔，打孔精度為177。25μm。激光打成的孔有25μm左右的傾斜度，有利于留存導(dǎo)體漿料，也可提高疊層時(shí)上下對(duì)準(zhǔn)的精度。 填孔通孔填充的方法一般有兩種：絲網(wǎng)印刷和導(dǎo)體生片填孔。目前使用最多的是絲網(wǎng)印刷法。絲網(wǎng)印刷時(shí)采用負(fù)壓抽吸的方法，可使孔的周?chē)鶆蛴∮袑?dǎo)體漿料。印刷機(jī)工作臺(tái)的四角上各有一個(gè)與生瓷片定位孔相對(duì)應(yīng)的定位柱，直徑為（～）mm。用真空泵在工件下方抽氣，形成負(fù)壓，壓力一般為（665～865）Pa。絲網(wǎng)印刷以采用325目的不銹鋼絲網(wǎng)或高開(kāi)孔率尼龍絲網(wǎng)為宜，最好采用接觸式印刷。填充通孔的導(dǎo)體漿料與形成導(dǎo)電帶的導(dǎo)體漿料的組分不同，其粘度應(yīng)加以控制，充分使其凝膠化，使通孔填充飽滿(mǎn)。 導(dǎo)電帶形成的方法有兩種：傳統(tǒng)的厚膜絲網(wǎng)印刷工藝和計(jì)算機(jī)直接描繪法。采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作導(dǎo)電帶時(shí)，最細(xì)的線寬可達(dá)100μm，最小的線間距可達(dá)150μm。生瓷片上印刷的導(dǎo)電帶的厚度應(yīng)比一般厚膜工藝要求的厚度薄一些，此外，各層生瓷片之間的對(duì)位精度要高。直接描繪法應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制對(duì)位、布線，用導(dǎo)體漿料直接描繪出導(dǎo)電帶圖形。膜厚均勻，并且可控。線寬均勻，可細(xì)達(dá)(50～100) μm。描繪速度可在(～125)mms1范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。導(dǎo)電帶圖形直接描繪法對(duì)導(dǎo)體漿料的細(xì)度、粘度、烘干速度均有很高要求。計(jì)算機(jī)直接描繪法無(wú)需照相、制版、對(duì)位和印刷，方便靈活，但設(shè)備投資大，操作復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。通孔填充、導(dǎo)體層印刷操作完畢后，將印刷完的電路板置于一個(gè)箱式烘箱內(nèi)，在70～80℃下放置5分鐘，對(duì)通孔和導(dǎo)體進(jìn)行烘干。另外借助于一個(gè)照明工作臺(tái)和變焦顯微鏡進(jìn)行檢查，也可以自動(dòng)檢測(cè)。主要是觀察通孔的填充情況及導(dǎo)帶印刷是否合格，以便于及時(shí)修補(bǔ)。等靜壓以前必須將以上所得的生瓷片按預(yù)先設(shè)計(jì)的層數(shù)和次序，依次放入緊密疊片模具中，模具上設(shè)計(jì)有與生瓷片對(duì)位孔一致的對(duì)位柱，保證對(duì)位精度。模具最好用硬質(zhì)材料加工，以防止多次使用后變形。各層依次放置在定位柱上直至裝好各層生瓷片，在一定的溫度和壓力下，使它們緊密粘接，形成一個(gè)完整的多層基板坯體。烘巴就是把經(jīng)過(guò)疊片的多層基板坯體放在干燥爐進(jìn)行烘烤使其干燥。烘烤完畢后要檢測(cè)坯體最上層膜片是否有裂紋、皺紋。疊壓主要有兩種方式:單軸向熱壓和均勻熱壓。單軸向熱壓是將疊放的生瓷帶放于熱壓爐內(nèi)，在一定的溫度和壓力下進(jìn)行熱壓。壓力是從單一方向施加的。并要求在熱壓到一半時(shí)間時(shí)，將疊層的瓷片進(jìn)行1800的翻轉(zhuǎn)，以保證疊壓均勻。這種方法會(huì)產(chǎn)生氣孔、開(kāi)裂和較大的伸縮率等現(xiàn)象，尤其是在邊緣和單層時(shí)Z方向的收縮率尤為明顯。均勻熱壓是將疊放的生瓷帶真空密封在鋁箔中，放于熱水中加壓，生瓷胚體的受力是各向相等的。水溫和施壓的時(shí)間與單軸向熱壓相同，施加的壓力要高于單軸向熱壓。疊壓工藝中最關(guān)鍵的是壓力要均勻一致，它直接影響基板燒結(jié)的收縮率。最好使用等靜壓力機(jī)，因?yàn)樗膲毫Ρ容^均勻，基板燒結(jié)收縮率一致性好，對(duì)提高后燒結(jié)表面導(dǎo)體與通孔對(duì)位精度有利?；鍩Y(jié)收縮率還與熱熱壓壓力有密切的關(guān)系，熱壓壓力應(yīng)適當(dāng)。壓力過(guò)大，排膠時(shí)會(huì)起泡分層:過(guò)小也會(huì)分層，且基板燒結(jié)收縮率較大，收縮率一致性差。把合格的坯體放到抽真空封裝機(jī)進(jìn)行真空密封操作，用封裝塑料袋把坯體密封。然后把密封好的坯體放到等靜壓載板上置入等靜壓機(jī)中進(jìn)行等靜壓處理。按照一定的尺寸要求將已等靜壓處理的坯體分割成許多特定的小塊，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。切割主要包括有后燒切割鋸、超聲波切割、激光切割、生瓷沖片等幾種方法，對(duì)于矩形部件通常采用后燒切割鋸，效果良好。它可以使尺寸嚴(yán)格控制在公差之內(nèi)，而且邊緣質(zhì)量很好。超生波切割的工藝也屬于后燒操作，可以嚴(yán)格控制異形部件的公差，邊緣質(zhì)量?jī)?yōu)異。但該工藝成本昂貴且效率低。熟瓷激光切割可以確保精度，而且成本相對(duì)較低。然而，其邊緣質(zhì)量較差。生瓷激光切割可以產(chǎn)生高質(zhì)量的邊緣。但在以后的燒成過(guò)程中，外邊緣公差會(huì)有一些損失。對(duì)于生瓷沖片而言，無(wú)論是在沖片工序?qū)愋紊善瑳_成單層，還是在疊片工序?qū)B片沖成基板行狀，它都可以迅速地制備出異形基板。基板質(zhì)量良好，成本相對(duì)較低，但外公差可能有一些損失。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。排膠就是要把原材料漿化過(guò)程中所添加的有機(jī)材料去除，以便獲得更好的致密性及良好的電氣性能。經(jīng)測(cè)試知?dú)堄嗟奶蓟飳?duì)帶的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣電阻有著明顯的影響，而且容易使元件褪色。將疊片熱壓后的陶瓷生坯放入爐中排膠。由于使用的導(dǎo)體材料不同，排膠時(shí)所采用的氣氛也不同。對(duì)于鉬、銅、鎳等賤金屬材料，需要在氮、氫等氣氛中進(jìn)行排膠；如果導(dǎo)體為金、銀、鈀銀等貴金屬材料，只需在空氣中進(jìn)行排膠。排膠是有機(jī)粘合劑汽化和燒除的過(guò)程，升溫過(guò)程中生坯內(nèi)的溶劑首先揮發(fā)，溫度升到200℃以上，樹(shù)脂開(kāi)始氧化分解，排膠結(jié)束時(shí)分解量應(yīng)為(60～65％)。基板坯體的排膠溫度曲線與生坯中粘合劑成分有關(guān)。對(duì)于溶劑型粘合劑，升溫速度為每小時(shí)(20～50)℃,升到250℃后,保溫(3～5)小時(shí)；對(duì)于水溶型粘合劑，升溫速度為每小時(shí)(20～30)℃,升到285℃后，保溫(4～6)小時(shí)。然后自然冷卻。排膠的升溫速度取決于生坯在該溫度下失重率的高低。在失重率高的溫度區(qū)間，升溫速度應(yīng)盡可能放慢，使坯體中樹(shù)脂氧化分解產(chǎn)生的大量氣體得以充分排出。保溫時(shí)間長(zhǎng)短視基板厚度而定，對(duì)于層數(shù)多、尺寸大、形狀復(fù)雜的基板，排膠速度要相應(yīng)放慢。排膠工藝對(duì)共燒多層陶瓷基板的質(zhì)量有著嚴(yán)重影響。排膠不充分，燒結(jié)后基板會(huì)起泡、變形或分層；排膠過(guò)量，又可能使金屬化圖形脫落或基板碎裂。燒結(jié)在燒結(jié)爐中進(jìn)行，升溫速度為8℃/min，升至900℃后，保溫3小時(shí)，降溫速度為8℃/min。燒結(jié)工藝的關(guān)鍵是燒結(jié)曲線和爐膛溫度的一致性，它決定了燒結(jié)后基板的平整度和收縮率。爐膛溫度不均勻，基板燒結(jié)收縮率的一致性就差。這是因?yàn)樵跓Y(jié)過(guò)程中，導(dǎo)體與基板的燒結(jié)溫度總是有一定差距的。如果升溫過(guò)快，會(huì)因致密化程度不同而產(chǎn)生的應(yīng)力來(lái)不及消除，使基板發(fā)生翹曲。燒結(jié)時(shí)升溫速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致基板的平整度差和收縮率大。另外，使用金或鈀銀導(dǎo)體的低溫共燒陶瓷多層基板可在空氣中進(jìn)行燒結(jié)。必須對(duì)燒結(jié)好的低溫共燒陶瓷多層基板進(jìn)行檢測(cè)，以驗(yàn)證多層布線的連接性。主要使用探針測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)。美國(guó)BSL公司生產(chǎn)的雙向探針測(cè)試儀可對(duì)基板兩面進(jìn)行開(kāi)路、短路和高阻失效測(cè)試。 LTCC技術(shù)部分設(shè)計(jì)原則探討LTCC技術(shù)設(shè)計(jì)原則在整個(gè)LTCC技術(shù)中占有重要的地位，LTCC技術(shù)設(shè)計(jì)原則的是否合理將影響到整個(gè)LTCC組件、元器件性能。圖22給出了三維LTCC模塊橫截面結(jié)構(gòu)圖，其中有內(nèi)埋置電感、電容、電阻、表面電阻、內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體以及通孔。本節(jié)主要參照國(guó)內(nèi)中電43所及本校LTCC生產(chǎn)線工藝制定部分設(shè)計(jì)原則，就LTCC技術(shù)中的一些主要及關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容的設(shè)計(jì)規(guī)范加以探討分析，對(duì)這些關(guān)鍵因素的具體研究對(duì)比將在第三章給出詳細(xì)的討論。圖22 三維LTCC模塊橫截面 LTCC中導(dǎo)體設(shè)計(jì)所有標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體的邊界到基板邊界的尺寸應(yīng)大于15mil。(CTTE, close to the edge technology)某些情況下，表面導(dǎo)體的放置與正常標(biāo)準(zhǔn)需更接近基板邊界，設(shè)計(jì)者可以按照CTTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使得表面導(dǎo)體到基板邊界的尺寸小到4mil。 內(nèi)埋置導(dǎo)體到基板邊界的距離 按照設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)CTTE技術(shù)，使得內(nèi)埋置導(dǎo)體線到基板邊界的尺寸達(dá)到6mil。導(dǎo)體走線的最佳方式是平行或垂直于基板邊界。圖23給出了幾種典型的導(dǎo)體線拐角。圖23 幾種典型得到體現(xiàn)拐角在LTCC元件設(shè)計(jì)中，導(dǎo)體線之間連結(jié)的好壞直接影響到所設(shè)計(jì)元件的性能。圖23給出了通常容易出現(xiàn)的兩種形式，許多文獻(xiàn)建議設(shè)計(jì)者采用兩導(dǎo)體線兩連結(jié)端口能夠具有一定的重疊部分，以便防止出現(xiàn)兩導(dǎo)線連結(jié)端相脫離的現(xiàn)象。兩端口交疊部分一般為2mil。圖 23 導(dǎo)體線連結(jié)形式、線間距圖2表24分別給出了導(dǎo)體線寬、線間距示意圖及相應(yīng)的尺寸。表24 給出了與圖223相對(duì)應(yīng)的尺寸描述對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)(mil)高密度(mil)A導(dǎo)體線寬(MIN)64B線間距(MIN)64C線到基板邊界距離86D線線中心距離(MIN)126圖24 導(dǎo)體線寬、線間距示意圖標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體設(shè)計(jì)原則與通孔覆蓋盤(pán)相關(guān)聯(lián)，考慮到通孔的縱橫比，通孔的尺寸受限于生瓷帶的厚度，設(shè)計(jì)通孔時(shí)需要注意：1) 保持通孔直徑在整個(gè)設(shè)計(jì)中的唯一性。2) 保持通孔、生瓷帶縱橫比為一個(gè)最優(yōu)定值。 圖25 導(dǎo)熱、信號(hào)、射頻屏蔽通孔的側(cè)視圖從用途上分，通孔有很多種，如導(dǎo)熱通孔、信號(hào)通孔、射頻屏蔽通孔，圖25給出了這幾種通孔的側(cè)視圖。導(dǎo)熱孔是典型的堆積通孔，它的通孔直徑較大，一般為8mil、12mil，通孔覆蓋盤(pán)直徑大于8mil。信號(hào)通孔是經(jīng)由連結(jié)中間層和底層的堆積孔，它的通孔覆蓋盤(pán)遵從標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體設(shè)計(jì)原則。射頻屏蔽通孔是在每層與導(dǎo)體間電氣連結(jié)的堆積孔，它的覆蓋盤(pán)也是遵從標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)體設(shè)計(jì)原則。圖2表25分別給出了電氣通孔及通孔覆蓋盤(pán)截面圖及相應(yīng)的尺寸。圖26 電氣通孔及通孔覆蓋盤(pán)的截面圖表25 通孔及覆蓋盤(pán)尺寸描 述標(biāo)準(zhǔn) (mil)通孔 (直徑)4681012覆蓋盤(pán)(直徑)101214最小通孔間距(中心距)，通孔直徑，兩層間交錯(cuò)通孔錯(cuò)位為2通孔直徑，最小通孔中心距基板邊沿距離應(yīng)為3通孔直徑，如圖27所示。圖27 通孔間距 射頻通孔對(duì)涉及到高頻線及受約束阻抗線的設(shè)計(jì)，需要考慮埋置同軸型屏蔽，可以通過(guò)經(jīng)由受約束線兩邊平行放置、穿越外面的通孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。射頻通孔間距可以小到50μm(在不同層上平行放置)。射頻通孔也可以為堆積形式，如圖28所示。 圖28 射頻通孔頂視圖及側(cè)視圖地和電源應(yīng)盡可能的采用網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體覆蓋面積應(yīng)小于50%。局部地方可以使用塊狀地電源，來(lái)提高電路的射頻性能。網(wǎng)格平面中的線軸應(yīng)平行于基板邊界或與基板邊界成45℃的角度。假如一個(gè)通孔需通過(guò)電源、地面或其他網(wǎng)格層，則該電源或地面導(dǎo)體應(yīng)盡量遠(yuǎn)離該通孔，如圖29所示。 圖29網(wǎng)格化中的饋通圖2表26分別給出了網(wǎng)格化地面中各種設(shè)計(jì)及相應(yīng)的尺寸。圖210 網(wǎng)格化地面表26網(wǎng)格化地面設(shè)計(jì)尺寸標(biāo)準(zhǔn) (mil)高密度 (mil)A網(wǎng)格間距84B網(wǎng)格