生瓷片撕膜技术及工艺研究

2018-07-02张燕

山西电子技术 2018年3期

张燕

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

0 引言

低温共烧陶瓷 (Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技术是近年发展起来的令人瞩目的整合组件技术，已经成为无源集成的主流技术，具有一致性好，精度高的优点。LTCC生产线分为无膜工艺和带膜工艺，无膜工艺需要将生瓷片的背膜撕掉，撕膜质量的好坏以及撕膜后静电的去除对精度及后续工艺影响颇大，通过对设备的研制和工艺的验证来提高撕膜质量和精度，达到生产线所需的要求。

1 撕膜原理

撕膜时，撕膜轮首先运动到生瓷片的待撕角上方，撕膜轮升降气缸及升降电缸动作，使撕膜轮压在生瓷片的一角，由于撕膜轮为粘性胶轮，生瓷片该角部的PET膜即粘在撕膜轮上；撕膜轮沿生瓷片的一定角度方向运动一小段距离，使该角部的PET膜卷在撕膜轮上；背膜夹爪将PET膜夹在撕膜轮上，此时撕膜后的生瓷片依然吸附在撕膜吸盘上；在气缸作用下，撕膜轮以一定角度上升；吸附工作台带动生瓷片运动，完成该片生瓷片的撕膜过程。

2 硬件设计

2.1 撕膜台面设计

撕膜台面中的真空气路分为三路，其中一路专用于撕膜角处的可靠吸附，便于实现角部膜片的剥离，另外两路分别为四周的小孔和中间的多孔石，生瓷片的边缘采用打在吸盘基材上的小孔来吸附，生瓷片的中部采用嵌在吸盘中间的多孔陶瓷来吸附。撕膜吸盘中均采用了多孔陶瓷，使得生瓷片不管在搬运过程还是在撕膜过程中，生瓷片始终牢固、平整地吸附在多孔陶瓷表面，不会引起生瓷片的变形。

图1 撕膜台面

2.2 撕膜机构

2.2.1 撕膜结构

撕膜机构是自动撕膜机的核心结构，在设计过程中，采取对撕膜机构的机械结构进行优化设计及设计仿真的方式，撕膜机构设计为两级控制结构，其结构示意如图2所示。为保证背膜剥离过程中不同阶段的撕拉力可控，设计采用两级运动结构，其中一级运动机构为小行程微动结构，主要完成背膜与生料带在角处的剥离，通过控制其剥离速度来控制剥离过程中施加的作用力。二级运动机构主要实现背膜与生料带的完全剥离。

图2 撕膜结构原理示意图

不同生料带的背膜厚度、粘接程度不同，因此需要不同的撕膜拉力，为了解决这一问题，可从三方面控制撕膜机构，实现不同的撕膜拉力。一方面，在撕膜轮粘接微粘膜角部时，控制滚轮滚动速度和压力，获得不同的微粘膜粘接力，保证微粘膜能够可靠粘接在撕膜轮上；另一方面调节撕膜轮升降气缸的速度，使得撕膜时微粘膜抬起的速度变化、因而作用于微粘膜上的切向力变化；最后，通过改变运动模组的速度，从而在微粘膜上获得不同的撕膜拉力。

图3 膜层剥离机构

2.2.2 撕膜机滚轮的改进

改进前，如图4所示，采用单轴承，1所指的位置为外层硅橡胶，硬度为肖氏A40，使用时把双面胶缠到轮子上面，在实际实验过程中发现双面胶与滚轮之间粘贴不牢固，当取废料时双面胶会脱落下来，使用寿命短并且缠双面胶会不太方便。

图4 改进前的滚轮

改进后，如图5所示，采用双轴承，1所指的位置为粘性防静电硅胶，硬度为肖氏A40，是采用磨具直接包上去的，不会脱落，清洁时只需要用酒精擦拭表面即可，非常方便，使用寿命长。双轴承保证轮子旋转起来更灵活。

图5 改进后的滚轮

2.3 静电消除技术

在撕膜的过程中随着背膜与生瓷片的剥离，背膜和生瓷片都会产生很大的静电，静电电压高达20 000 V。这些静电在生瓷片吸附在撕膜台上时由于存在静电诱导，测生瓷片的静电是不存在的，也就是说生瓷片在撕膜工作台上吸附时静电是无法除掉的。

因此设备主要配备了两套除静电系统，一套用于撕膜时除掉PET膜的静电，一套用于撕膜完成吸嘴吸起来之后除生瓷片的静电。生瓷片在除静电时会在除静电器上方停留一定的时间，时间以秒为单位,可以根据需要设定不同的时间。在实际应用中，测量撕完膜的生瓷片静电均小于100 V，完全满足工艺需求。

3 软件设计

在软件上设定撕膜工艺参数，界面如图6所示。

图6 撕膜参数

在实际应用中，通过对参数的设定使撕膜效果达到最佳。

4 工艺研究

前期工艺研究证明采用180°进行撕膜生料带变形较小。自动撕膜机角度通过拉膜位置、撕膜台位置两个参数控制实现撕膜轮在电缸、气缸的作用下进行Z轴、Y轴运动。撕膜轮在Z方向最大45 mm，拉膜位置0～20 mm可调，通过拉膜位置参数调整，撕膜轮粘起微粘膜夹紧后Z方向运动的行程在25～45 mm可调，撕膜轮在Y轴最大的行程为600 mm，撕膜台位置参数0-180 mm可调，通过调整撕膜台位置参数、撕膜轮粘起微粘膜并夹紧后Y方向运动的行程420～600 mm可调，二者配合控制撕膜角度(如图7)，撕膜位置20 mm,撕膜台位置为0 mm时，撕膜角度最大为177.5°，拉膜位置为0 mm，撕膜台位置为180 mm时，撕膜角度最小为177.5°。