LTCC印刷工艺分析

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摘要:基于新研发的半自动印刷机，介绍了设备的主要构成部件以及ltcc基板工艺过程中的印刷工艺，并就实验过程中遇到的工艺问题进行了一一分析，提出了相应的解决方案。经实验验证，印刷工艺效果成功实现了控制。

关键词:半自动印刷机;LTCC;印刷工艺;工艺问题分析

LTCC(LowTemperatureCo－firedCeramic)是一种将未烧结的流延陶瓷材料叠层在一起而制成的多层电路，内有印制互联导体、元件和电路，并将该结构烧结成一个集成式陶瓷多层材料。LTCC技术以其集成密度高和高频特性好等优异的电学、机械、热学及工艺特性，成为目前电子元件集成化的主流方式，广泛应用于电子、通讯、航空航天、汽车、计算机和医疗等领域［1］。印刷工艺作为LTCC技术环节中的重要一环，最终的印刷效果直接决定了后续工艺的可行性及难易度。基于提高印刷效果的要求，研制了半自动对位印刷机。

1LTCC流程介绍

在LTCC生产工艺过程中，主要包括打孔、微孔填充、整平、刮孔、印刷、叠片和高温烧结等，具体的生产工艺流程如下图1所示。

2设备和工艺

2．1设备介绍

图2为半自动印刷机半自动印刷机是一种用来往干燥后的生瓷片上印刷电路的设备，可以印刷线条，独立模块(电阻，电感)等电路元器件。设备主要包括以下几个功能部件:1)印刷机构;2)CCD定位系统;3)工作台机构;4)UVW定位平台机构;5)控制系统。

2．2印刷工艺

LTCC基板每层上的电路图形(包括导带，电阻，电容，电感等无源器件)是通过印刷工艺来实现的。影响印刷图形质量的关键因素众多，具体包括:丝网类型和目数、乳胶类型、印刷速率、刮板或辗辊的硬度和接触角度、印刷压力和丝网的变形量等，必须在生产过程中严加控制，才能达到印刷精度要求。印刷工艺是LTCC整线环节中的关键一步。印刷质量的好坏直接决定了生瓷片是否可以使用。如果调不出合适的工艺参数就印刷，会导致印刷图形不均匀，损坏网版等情况发生。所以，调出合适的印刷工艺参数至关重要。由于影响印刷效果的因素众多，本文在做印刷工艺实验时主要针对浆料，网间距以及印刷压力等参数来对比分析。

3工艺问题分析以及解决方案

3．1印刷划破生瓷片的问题

实验中使用特制的电阻浆料来印刷电阻，粘稠度、流动性良好。印刷时最初采用的是德国硬质刮条并且刮条与印刷平台呈90度关系，如图3所示，在印刷的过程中经常有生瓷片刮破的现象，通过调整刮条的角度以及调整夹具的方式，使其保持柔性状态，这样既降低了生瓷片刮破的现象，同时也使刮条在接触生瓷片后成为一种自适应的状态，降低了调整刮条和平台平行度的难度;并且将刮条的角度调整到一个75°的状态，刮破生瓷片的问题也有了很大的改善。

3．2浆料粘稠度不合适的问题

分别使用不同粘稠度的电阻浆料进行了印刷实验，过程中发现:1)当浆料粘稠度过于稀时，生瓷片上的孔无法被浆料填满，孔周围浆料的过稀导致了印刷缺失，印不上电阻，如图4(a);2)当浆料粘稠度过于稠时，即使把印刷压力调到最大300N，网间距调到合适的位置，也无法将浆料印刷到生瓷片上，并且浆料粘稠容易堵塞印刷网版;3)当浆料粘稠度适中时，印刷在生瓷片上的电阻不会缺失，并且浆料也不会堵塞网版，这时候的浆料粘稠度就是合适的，如图4(b)。通过以上对比发现，在生瓷片上印刷电阻时，浆料的粘稠度对印刷效果的影响很大，需要通过配比调出合适的粘稠度。

3．3网间距不合适的问题

在刮条角度以及浆料粘稠度合适的情况下，印刷工艺的好坏主要由可量化的工艺参数决定，其中，网版下平面到印刷平台的距离(网间距)对印刷质量的好坏起到了决定性的作用。在具体印刷过程中发现:在保证印刷压力不变的情况下，网间距过大时(＞3mm)，网版承受的张力会变大，存在撕裂的风险;网间距过小时(＜0．5mm)，会出现生瓷片上浆料外溢的情况，如图5(a)所示。通过实验，调整到合适的印刷网间距工艺参数(1mm)，印刷效果如图5(b)所示。

3．4印刷压力不合适的问题

在印刷实验过程中发现，印刷压力的大小也会对印刷效果产生影响。当印刷压力过大(＞250N)时，生瓷片上的印刷电阻会出现“拖尾”现象，产生距离偏差，如图6(a)所示;当印刷压力过小(＜50N)时，印刷的电阻不清晰;只有设置好合适的印刷压力(实验中设置的180N)，生瓷片上才会印刷上完整清晰的电阻。实验对比如图6(b)所示。

4调整参数后印刷效果以及实验数据

4．1印刷效果

当刮条角度合适，电阻浆料粘稠度合适时，设置好合适的网间距参数，以及印刷压力参数，印刷效果如图7所示。可以看出，印刷的电阻清晰，线条完整，没有缺失，验证了印刷电阻工艺的可行性。

4．2印刷电阻的数据分析

表1所示测量数据是基于图8的四个区域，分别在每个区域随机找了10个点用激光测厚仪进行测量。从表1测量数据可以看出，电阻厚度基本上在－20～－80μm左右，而且整张生瓷片四个区域的一致性也比较好。由此得出结论，在调整出合适的印刷参数的情况下，印刷电阻效果良好。

5结论

本文基于新研发的半自动印刷机，就印刷工艺过程中遇到的生瓷片破损、浆料粘稠度、印刷溢出、印刷拖尾等问题进行了一一分析，并提出了相应的解决方案，目前设备已经处于正常运行的状态。但是，半自动印刷机印刷出的电阻厚度浮动范围还是比较大，需要进一步通过实验来优化合格率。

参考文献

［1］王睿，悦辉，周济，等．LTCC层压工艺与设备［J］．封装技术与设备，2012，213(1):24－26

作者：郝鹏飞 景灏 单位：中国电子科技集团公司第二研究所