工艺过程中生瓷带收缩问题研究

胡 进，司建文，李华新

（中国电子科技集团公司第55研究所，南京 210016）

工艺过程中生瓷带收缩问题研究

胡 进，司建文，李华新

（中国电子科技集团公司第55研究所，南京 210016）

HTCC/LTCC的工艺过程中经常会出现生瓷带收缩现象，由此现象引起的系列工艺问题众多，尤其对于多层互连结构的产品影响很大，而一些工艺环节会加重生瓷带收缩现象出现的频率、收缩的程度。文章对于生瓷带收缩现象的产生原因进行了较为详细的分析与阐述，同时针对生瓷带收缩问题采用生瓷带预处理工艺，并着重对不同的预处理工艺进行试验对比。不同的生瓷带预处理工艺各有利弊，可以根据产品的各自特点综合考虑，采用合适的工艺方法对生瓷带收缩问题加以解决。

生瓷带；收缩；预处理；试验对比

1 前言

HTCC/LTCC多层陶瓷产品的生瓷加工阶段，生瓷带出现收缩是一个比较常见的现象，但是由于收缩产生的工艺问题相当棘手，轻则影响产品的一致性程度，严重时甚至会导致填孔、印刷、叠片等工序难以进行。这类问题在LTCC类产品中影响更为广泛，我们知道微波通讯元件对LTCC内部各通孔及图形尺寸的要求极为苛刻，根据计算，当制作一个10GHz的微波无源元件时，在203mm×203mm的生瓷上，通孔及图形位置的偏差不得超过±5 μm。LTCC产品的工艺流程如图1所示。

2 生瓷带收缩原因分析

生瓷带经过流延成型后，瓷带中的有机溶剂会继续挥发，不断挥发有机溶剂的过程也是生瓷带不断收缩的过程，有机溶剂剧烈挥发直接导致生瓷带的快速收缩。在自然放置的情况下，挥发的速率较为缓慢，放置在合适温度、湿度条件的通风柜中，有机溶剂会加速从生瓷片中挥发出来。这样放置一段时间后再把瓷带用于生产。实际上用于生产的生瓷带仍然处于有机溶剂的小剂量挥发状态，收缩没有完全停止，对于精度要求较高的产品很容易出现填孔、印刷偏移（如图2所示）、叠片错位（如图3所示）等工艺问题。但从批生产的角度而言，流延生瓷带长期放置根本不现实，如何有效控制这样的后期收缩关系到高精度要求的产品研制的成败。

3 试验思路与方案

一般情况下，生瓷带经过流延、落料后进行放置，当放置时间达到要求后，使用者就可以正常取用了。但是，我们考虑在使用前引入某些预处理的手段，力求在生瓷带的加工周期内使收缩程度明显减轻，甚至在加工周期内收缩基本停止。

考虑采用的预处理手段有两个，一是烘烤，二为预压。经过预处理后，在生瓷带的四个边角位置分别打一个标记孔，再将生瓷带正常放置在工作间内，根据时间的不断推移，使用X-Y测量仪器检测孔与孔之间的位置关系的变化程度，以此来判断预处理工艺对控制生瓷带收缩的效果。

4 试验过程

4.1 未做预处理的生瓷带

某批次生瓷带（试验选用批次号为091003的氧化铝黑瓷为原料，以下皆同），流延、落料后放置30天，取1#～4#四张生瓷带，大小为203mm×203mm，用激光设备在生瓷带的四个边角位置分别打一个Φ 0.20 mm的标记孔，X方向距离为170.798 mm，Y方向距离为189.057 mm，X-Y方向（对角线）距离为254.773 mm，每天监测相关距离。其中1#生瓷带试验数据如表1和图4所示。

从统计数据可以看出，2#～4#生瓷带收缩程度与1#基本一致，在此就不列表显示了。同时，由于生瓷浆料的流延方向与X方向一致，Y方向与流延方向垂直，所以从表中可以看出Y方向的收缩程度明显小于X方向的收缩程度，之后的试验也存在这样的特点，所以X方向的收缩程度是我们关注的重点。图4中生瓷带X方向的收缩尺寸在10天之内收缩了接近80 μm，如果孔径按照200 μm加工，可以想象，填孔工艺中必然要出现严重的偏移问题，在印刷、叠片工艺中也会出现严重问题。

4.2 烘烤预处理的生瓷带

某批次生瓷带，流延、落料后放置30天，取1#～4#四张生瓷带，大小为203mm×203mm，烘烤（烘烤条件为50℃，1h），放置24h后，用激光设备在生瓷带的四个边角位置分别打一个Φ0.20 mm的标记孔，X方向距离为170.798 mm，Y方向距离为189.057 mm，X-Y方向距离为254.773 mm，每天监测相关距离。其中1#生瓷带试验数据如表2和图5所示。

从统计数据可以看出，2#～4#生瓷带收缩程度与1#基本一致，在此就不列表显示了。图5中生瓷带X方向的收缩尺寸在10天之内收缩了接近30 μm，明显小于试验一的收缩量，如果孔径按照200 μm加工，这样的收缩量在填孔工艺中完全在误差可接受范围以内，也可以满足印刷和叠片工艺的精度要求。

4.3 预压预处理的生瓷带

某批次生瓷带，流延、落料后放置30天，取1#～4#四张生瓷带，大小为203mm×203mm，进行预压（预压条件为100psi，60s），放置24h后用激光设备在生瓷带的四个边角位置分别打一个Φ 0.20 mm的标记孔，X方向距离为170.798 mm，Y方向距离为189.057 mm，X-Y方向距离为254.773 mm，每天监测相关距离。其中1#生瓷带试验数据如表3和图6所示。

从统计数据可以看出，2#～4#生瓷带收缩程度与1#基本一致，在此就不列表显示了。图6中生瓷带X方向的收缩尺寸在10天之内收缩了接近30 μm，明显小于试验一的收缩量，如果孔径按照200 μm加工，这样的收缩量在填孔工艺中完全在误差可接受范围以内，也可以满足印刷和叠片工艺的精度要求。

表3 预压预处理1#生瓷带试验数据

5 试验总结

综合以上三次试验，我们能够知道生瓷带在流延放置一段时间后，收缩依然存在，如果时间足够长收缩会逐渐停止。为了兼顾批量生产和高精度加工的需要，试验二、三采用的预烘烤工艺和预压工艺都能显著减小生瓷带的收缩量，对解决工艺中出现的众多偏移问题行之有效。

同时，对预烘烤工艺和预压工艺进行优化，可以得到更加稳定的生瓷带。图7是提高预烘烤温度和时间的效果，图8是提高预压压力和时间的效果。

6 结束语

采用各种有效的工艺方法，最大限度减小生瓷带的收缩是我们追求的目标。但是，在实施某些手段进行收缩控制的同时，必须要注意这些工艺方法是不是会带来一些新的工艺问题。比如说，采用预烘烤工艺，其烘烤时间、温度、烘烤方式要控制适度，否则在控制收缩的同时可能会出现生瓷层间难以结合、生瓷表面变脆打孔崩缺等问题；采用预压工艺，其预压的压力、时间需要控制到位，否则在控制收缩的同时可能会出现生瓷层间难以结合、收缩率变化大等问题。

另外，即使生瓷带进行了预处理，在工艺过程中还有很多环节会造成生瓷带的变形，这一点也需要在工艺中加以关注，例如打孔、打腔等。

围绕着生瓷带变形控制还有大量的研究需要开展，国内同行已经开展了很多卓有成效的工作，积累了丰富的经验，鉴于本人学识所限，文中不当之处在所难免，敬请大家不吝指正。

［1］田民波.电子封装工程[M].北京：清华大学出版社，2003.

Drop Research of Constringency Problem in the Green Tape Craft Process

HU Jin, SI Jian-wen, LI Hua-xin
（China Electronic Technology Group Corporation No.55Research Institute,Nanjing210016,China）

During HTCC/LTCC craft process, shrinking of green tapes always takes place and arouses of the series craft problems. Many processes of multilayer structure products will aggravate the phenomenon of shrinking by frequency and range of constriction. The reason of the shrinking was analyzed deeply and detailed step by step in this paper, and serieses of pretreatments for green tape were put forward to deal with this shrinking problem. From the experiments data of the different pretreatments, advantages and disadventages of these pretreatments were gived in this paper and the selecting a suitable pretreatment must base on the different characters of products.

green tape; constriction; pretreatment; experiment contrast

TN305

A

1681-1070（2010）09-0034-04

2010-05-12

胡 进（1981-），男，大学本科，中国电子科技集团公司第55研究所工程师，主要从事外壳的设计与工艺研究工作。