ltcc電路加工過程質(zhì)量影響因素都有哪些

通訊技術(shù)發(fā)展迅速，電子產(chǎn)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(nèi)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(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

Ltcc電路基板加工難度大，工藝較為復(fù)雜，其難點在于工藝參數(shù)的敏感性和燒結(jié)后基板不可返工性。對具體是商品，因材料、尺寸、層數(shù)、結(jié)構(gòu)、圖形分布等的不同，往往需要多輪次的加工參數(shù)調(diào)整，才能得到滿意的ltcc電路，除了嚴(yán)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(jié)后監(jiān)控基板的收縮率、密度、平整度、通斷狀態(tài)等關(guān)鍵指標(biāo)。ltcc電路加工過程質(zhì)量影響因素都有哪些呢。

一，ltcc電路加工工藝流程

目前國內(nèi)ltcc采用是進(jìn)口生瓷帶進(jìn)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(shè)計工藝性審查、CAM處理、網(wǎng)板制作、沖孔、絲網(wǎng)印刷（填孔及導(dǎo)體）、疊片、層壓、燒結(jié)、劃片及檢測等。加工工藝如圖1展示。

二，ltcc電路加工過程質(zhì)量影響因素

Ltcc電路加工過程中，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素眾多，歸納起來主要是人員、設(shè)備、環(huán)

境、材料、以及加工工藝參數(shù)等極大因素。

人員因素:不同的人對設(shè)備的了解和掌握成度不同，責(zé)任心和細(xì)心程度也不同，加工的產(chǎn)品質(zhì)量有所差異。

設(shè)備因素：不同生產(chǎn)廠家，不同型號的設(shè)備其功能和加工能力不同，所加工的產(chǎn)品質(zhì)量有很大的差異。高精密的設(shè)備是高品質(zhì)產(chǎn)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(wǎng)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(zhì)量以及菲林圖形、網(wǎng)版圖形、印刷圖形的質(zhì)量，這些都會影響對最終產(chǎn)品的質(zhì)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(shù)、損耗因子等影響產(chǎn)品加工過程中的工藝參數(shù)及最終電性能，需要合理選擇。漿料種類不同，其印刷和燒結(jié)特性不盡相同，它們對產(chǎn)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(wǎng)、粘網(wǎng)膠、重氮感光膠等影響產(chǎn)品加工中的菲林圖形和網(wǎng)版圖形質(zhì)量，進(jìn)而對最終產(chǎn)品的圖紙和精度造成影響。微粘膜對疊片質(zhì)量有影響、選擇不當(dāng)會出現(xiàn)疊片后導(dǎo)體線條裂縫等現(xiàn)象。硅膠、PET膜、真空袋等影響層壓質(zhì)量。承燒板對基板燒結(jié)后的表面質(zhì)量及平整度有影響。劃片用的粘貼材料影響產(chǎn)品尺度精度、外觀和成品率等。

工藝參數(shù)因素：LTCC電路主要加工工序及影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要參數(shù)如圖2所示。各工序影響質(zhì)量工藝參數(shù)分析如下：

2.1電路工藝審查因素分析

受設(shè)備和工藝水平的制約，各單位LTCC生產(chǎn)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(chǎn)品邊緣的最小距離等有所不同，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，接到電路設(shè)計文件后，首先應(yīng)該根據(jù)本單位的《LTCC電路設(shè)計工藝規(guī)范》對電路設(shè)計的工藝性（即可制造性）進(jìn)行審查。如果設(shè)計文件不符合規(guī)范的相關(guān)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量影響較大，加工前必須對收縮率對線路圖形進(jìn)行整體放大。由于所用設(shè)備不同，瓷片生產(chǎn)廠家提供的收縮率（見表一）與實際收縮率存在偏差，應(yīng)根據(jù)實驗驗證的收縮率進(jìn)行圖形放大，如圖形放大比例不對，會造成廢品。

        某些電路結(jié)構(gòu)，焊接需要在產(chǎn)品的側(cè)端進(jìn)行，一些線條需要與側(cè)端導(dǎo)體相連，為了確保電路上的連通，必須把需要與側(cè)端導(dǎo)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(nèi)部線與導(dǎo)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(jié)工序造成不利影響。應(yīng)該根據(jù)印刷、劃片、疊片誤差等因數(shù)，確定線條外延尺寸。

       在htcc電路加工中，網(wǎng)版制作、絲網(wǎng)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(bǔ)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(chǎn)品的線寬精度。

       為了確保瓷片上的孔被漿料填滿，填孔網(wǎng)版上的孔徑需要按照合適的尺寸進(jìn)行擴(kuò)大。如果孔徑擴(kuò)大尺寸太小，孔內(nèi)不能完全填滿漿料。如果孔徑尺寸擴(kuò)大太大，孔盤尺寸太大，可能會造成孔盤與孔盤或孔盤與導(dǎo)線間相連?？讖綌U(kuò)大原則是在保證孔內(nèi)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(jié)構(gòu)，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(biāo)記。如果對位標(biāo)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(yīng)90°交叉放置，因而要使用方向標(biāo)記。此外，熱切和劃片也需要使用相應(yīng)的標(biāo)記。因為CAM處理時，定位孔、方向標(biāo)記、層數(shù)標(biāo)記、熱切與劃片等標(biāo)記不可漏放。

2.3，網(wǎng)版印刷因素分析

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

在把CAD圖形轉(zhuǎn)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(jī)完成。膠片不同，自動沖片參數(shù)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(shù)。所以，溶液配比，溶液溫度、機(jī)器傳送速度等均應(yīng)按照廠商提高是參數(shù)進(jìn)行，否則菲林圖形的質(zhì)量難以保證。

在菲林圖形轉(zhuǎn)化為網(wǎng)版圖形的過程中：（1）不銹鋼絲網(wǎng)目數(shù)及線徑?jīng)Q定了網(wǎng)版制作和絲網(wǎng)印刷最細(xì)線條和精度。網(wǎng)目越高、線徑越細(xì)，所能制作網(wǎng)版線條和絲網(wǎng)線條就越細(xì)，線條垂直度和精密第就越高。但是網(wǎng)版所能承受的張力就越小，絲網(wǎng)的價格也會急劇升高，因此要綜合考慮。（2）繃網(wǎng)角度影響圖形邊緣的光滑度，如果繃網(wǎng)角度不合適，線條毛刺就會增多，精度難以保證。（3）網(wǎng)版張力影響印刷時的離網(wǎng)間距、印刷圖形的位置精度及網(wǎng)版的使用壽命。網(wǎng)版張力越小，印刷時的離網(wǎng)間距就越大。如果網(wǎng)版戰(zhàn)力太小，印刷時容易粘網(wǎng)，圖形的位置偏差加大，造成套印精度難以保證。網(wǎng)版張力太高，絲網(wǎng)容易繃裂、網(wǎng)版使用壽命短。（4）網(wǎng)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(chǎn)品的電性能造成影響。（5）膠膜烘烤溫度影響網(wǎng)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(wǎng)結(jié)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(jié)合力差，顯影時膠膜損失嚴(yán)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(xiàn)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(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)，如不旋轉(zhuǎn)會造成基板的翹曲。為了保證沖孔質(zhì)量，通常采用瓷面朝下。

沖孔時，沖針和沖模間隙對沖孔質(zhì)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(yán)重，會造成孔徑誤差，孔壁質(zhì)量也難以保證。

2.5，絲網(wǎng)印刷因素分析

Ltcc基板上的電路是通過絲網(wǎng)印刷的方式從網(wǎng)印膜板上轉(zhuǎn)印到瓷片上的，因而印刷質(zhì)量直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。

影響絲網(wǎng)印刷的因素很多，其中不銹鋼絲網(wǎng)目數(shù)及線徑、繃網(wǎng)角度、網(wǎng)版膠膜厚度、網(wǎng)版張力等因素的影響，前面已經(jīng)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(wǎng)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(xiàn)象，從而使其更容易推過空口，改善轉(zhuǎn)移質(zhì)量。但刮刀速度也不宜過快，否則將導(dǎo)致漿料內(nèi)部產(chǎn)生滯留空氣，降低印刷質(zhì)量。在其他印刷參數(shù)不變的情況下，印刷速度越快，線條越細(xì)、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(wǎng)本身的形變量以及絲網(wǎng)與基板之間的間隙，他們的大小決定了壓力釋放時絲網(wǎng)回彈力的大小和離網(wǎng)特性。通過調(diào)整壓力，可以改善接觸間隙和絲網(wǎng)變形量，從而優(yōu)化印刷質(zhì)量。通常，刮刀壓力高時，容易產(chǎn)生流滲，致使圖形變形。壓力低時，可能導(dǎo)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(wǎng)距離影響漿料與基片接觸的程度，從而影響印刷質(zhì)量。漿料和基片之間之間有良好的粘結(jié)力，所以才能去除絲網(wǎng)網(wǎng)孔內(nèi)的漿料。離網(wǎng)距離過大，漿料和基片接觸不充分，網(wǎng)版上的圖形不能完整的轉(zhuǎn)移到瓷片上；反之過度的接觸，會導(dǎo)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(zhì)量的影響表現(xiàn)為：壓入量太小，印刷后線條不完整，壓入量太大，線條紋理嚴(yán)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(xiàn)象嚴(yán)重；每次應(yīng)用前，可測試漿料黏度，用配套稀釋劑可進(jìn)行黏度調(diào)整。

刮刀硬度和角度對印刷質(zhì)量的影響表現(xiàn)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(jìn)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(wǎng)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(dǎo)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(dǎo)體的不連續(xù)。

2.6，疊片因素分析

印刷好的導(dǎo)體和形成互連通孔的生瓷片需要按照預(yù)先設(shè)計好的層數(shù)和次數(shù)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(qiáng)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(yán)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(zhǔn)次數(shù)影響層間對位精度，校準(zhǔn)次數(shù)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(jìn)行層壓使之層間更加緊密地連接。層壓在水靜壓機(jī)中進(jìn)行，層壓前應(yīng)選擇合適的保護(hù)措施，防止水接觸瓷片，否則會造成瓷片層間分層、氣泡等現(xiàn)象。層壓過程中，溫度、壓力和時間影響瓷片層間粘接強(qiáng)度、收縮率和密度等，對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。

2.8，燒結(jié)因素分析

燒結(jié)是將熱切后的生瓷胚體放入高溫爐中，按照既定的燒結(jié)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(jié)成型，是LTCC加工關(guān)鍵詞工序之一。燒結(jié)過程中排膠升溫速度、排膠溫度及時間、排膠氣流量、燒結(jié)升溫速度、燒結(jié)溫度和時間、燒結(jié)氣流量等參數(shù)影響基板的空隙率，翹曲度、密度、收縮率和熱膨脹系數(shù)等性能。這些參數(shù)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(jī)械強(qiáng)度低等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)量的好壞影響產(chǎn)品的性能，外觀及成品率。影響劃片機(jī)劃片的因素有很多，如貼片材料、切割刀具、主軸轉(zhuǎn)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(dāng)，產(chǎn)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(dāng)，同樣會造成極低的成品率甚至全板報廢。同樣，劃片參數(shù)不合適，不僅產(chǎn)品外形尺寸受到影響，崩邊和崩角現(xiàn)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(zhuǎn)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(biāo)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(jié)束語

通過對LTCC基板加工過程質(zhì)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(xiàn)：

1，何健峰  《LTCC基板制造和控制技術(shù)》

2，何中偉 《LTCC基板工藝技術(shù)的重點和應(yīng)用》

3，趙飛，黨元蘭 《LTCC電路加工中關(guān)鍵技術(shù)分析》