生瓷带冲孔工艺设备的开发与研制

主要介绍了LTCC(低温共烧陶瓷)的发展、现状和生瓷带冲孔工艺特性.根据LTCC工艺要求,生瓷带冲孔设备应具备位置精度高、边缘精度高和冲孔速度快的工艺性能.首先分析了生瓷带冲孔设备应解决的技术难点,然后运用精密制造、精密装配、精密控制和光学测量等理论知识,详细阐述了生瓷带冲孔设备的结构特点,包括高速精密运动平台的设计、冲孔单元的设计和无位移夹持工艺.     

带框LTCC生瓷烘干技术

在LTCC基板加工中,生瓷预烘干、图形印刷后烘干可能会产生中心位置塌陷、破损、翘曲等形变问题.而LTCC是通过加工多层生瓷、按一定顺序准确对准,再层压、切割后共烧而成,为满足产品平整度及位置对准精度要求,我们必须解决各层烘干过程中存在的形变问题,保证每一层生瓷加工质量.文章介绍了LTCC基板制造过程中带框生瓷烘干的工艺...     

双面空腔LTCC基板制造工艺研究

通过渐次优化改进叠片台、空腔填充塞、衬垫聚酯膜、烧结垫片等工装及相应工艺方法,重点研究突破了双面空腔LTCC的叠片、生瓷坯层压和生瓷块共烧等难点工艺,有效掌握了双面空腔LTCC基板制造工艺技术,达到了腔底平整度不大于0.08 mm、空腔尺寸准确度优于±0.15 mm的关键技术指标,成功研制出满足应用要求的双面空腔LTCC基板。     

平面零收缩LTCC基板制作工艺研究

LTCC基板的共烧收缩均匀性受到材料和加工工艺的影响较大,使烧成基板的平面尺寸难以精确控制,成为LTCC基板实现高性能应用的一大障碍,需要重点突破。文章在简要介绍了常见平面零收缩LTCC基板制作工艺技术的基础上,通过精选LTCC生瓷带并设计10层和20层LTCC互连实验基板,提出评价指标,根据自有条件开展了自约束烧结平面零收缩LTCC基板的制作工艺研究,重点突破了层压与共烧工艺,将LTCC基板平面尺寸的烧结收缩率不均匀度由通常的士0．3％-±0．4％减小到小于士0．04％,可以较好地满足高密度高频MCM研制的需要。     

LTCC生瓷带的环境、工艺与材料适应性要求研讨

根据应用场合与特点,研究提出了LTCC生瓷带对使用环境、工艺与材料的适应性要求,包括应具有优良的表面质量、稳定的生片尺寸、合适的揭膜特性、较高的抗拉强度,以及适用于基本的LTCC落片、打孔、填孔、网印、叠片、层压、切片、共烧工艺及其配套的浆料.结合用户的工艺与测试平台条件,研究讨论了对相关适应性进行检测和评价的步骤与方...     

生瓷带打孔机运动平台的设计

LTCC是现代微电子封装中的的重要组成部分,因其性能优良而广泛用于高速、高频系统中,生瓷带打孔机是LTCC多层基板制备中的关键设备.高速精密的运动控制技术和精密机械加工技术是生瓷带打孔机的关键技术.本文主要介绍了生瓷带打孔机中X、Y运动平台的设计理念、计算方法、分析和部分仿真结果.对于其它设备的研制,具有一定的借鉴引用价值.     

粒度对CaO-B_2O_3-SiO_2系LTCC材料性能的影响

用行星球磨机把相同原料球磨不同时间后,制得了不同粒度的CaO-B2O3-SiO2系用于制造LTCC的粉体材料;采用统一的固相烧结陶瓷工艺过程把LTCC粉体材料制备成陶瓷;研究了粉体粒度对瓷体晶相组成、微观形貌及析晶温度等物理性能的影响。结果表明,粉体粒度减小有助于烧结,但粒度过小会使液相在烧结过程中过早出现并包裹住未及排出的气体,从而导致瓷体结构不致密。最终确定球磨时间为7h,中位径为1.29μm,比表面积为7.344m2/g的粉体有较好的综合性能,用其制得的LTCC εr为6.053,tanδ为2.33。     

带框LTCC生瓷烘干技术研究

在LTCC基板加工中，生瓷预烘干、图形印刷后烘干可能会产生形变。为满足产品平整度及加工位置精度要求，本文介绍了LTCC基板制造过程中烘干的工艺方法，并通过工艺试验对当前所用两种烘干设备的各工艺参数进行比较，有效改进了烘干后生瓷表面质量。同时，我们结合不同产品要求和生产规格，对PH-101型烘箱和MSH公司烘干机加工特点进行了分析，阐述了两种烘干方法加工特点和工艺优化过程。     

生瓷带打孔机冲孔组件的设计

生瓷带打孔机是LTCC生产线上最关键的设备之一,它包含了精密制造、精密控制、光学和气动等许多理论知识,是自动化程度很高的打孔设备,完成生瓷片快速打孔,冲孔组件是其核心部件,其中打孔精度±0．008mm,打孔速度600孔／min,因此冲孔组件对设计和加工都提出了很高的要求。主要介绍了生瓷带打孔机中冲孔组件设计过程中关键结构的设计,包括冲孔组件的升降设计、冲孔单元的设计、分布、冲头设计及气路结构设计。     

高抗弯强度微波介电LTCC基板材料的研究

为了适应基板高载荷、高可靠的要求,制备了一种适用于LTCC应用的高抗弯强度微波介电陶瓷材料。该陶瓷材料由Ca-Mg-Zr-Zn-B-Si微晶玻璃和氧化铝构成。采用差热热重同步分析仪、扫描电镜、X射线衍射分析仪、带谐振腔夹具的矢量网络分析仪和三点抗弯测试仪研究了陶瓷材料的烧结性能、微观结构、抗弯强度和介电性能。860℃烧结15 min获得陶瓷具有最佳致密度,其抗弯强度大于400 MPa,1. 9 GHz频率时εr=8. 12,tanδ=0. 0028;15 GHz频率时εr=7. 96,tanδ=0. 0031。该陶瓷与金、银电极共烧匹配良好,适用于制备LTCC基板。     

基于钙硼硅系LTCC生瓷带微波基板制造技术北大核心CSCD

低温共烧陶瓷(LTCC)技术可以实现真正意义上的三维微波互连基板,已经成为实现机载、星载、舰载相控阵雷达收/发组件小型化、轻量化、高性能、高可靠和低成本的理想方法之一。文中对基于国产钙硼硅系LTCC生瓷带微波基板制造技术进行了深入研究,剖析了影响基板外形尺寸和腔体翘曲度的工艺因素,提出了相应的解决方法。     

超小型的片式LTCC滤波器设计

针对微波设备小型化需求,利用低温共烧陶瓷(LTCC)技术,建立了小型化的LTCC电感和LTCC电容模型,并设计了内埋置LTCC电感和电容的片式L频段集总型带通滤波器,同时为了满足高频应用,设计了X频段分布带状线LTCC带通滤波器,通过用电磁场仿真软件ANSYS HFSS对滤波器进行建模及三维仿真优化,加工实现,制成的L和X频段LTCC带通滤波器的插入损耗分别<2.5 d B和<3 d B,体积分别为6 mm×3 mm×1.1 mm和3.1 mm×2 mm×1.1 mm,小型化效果明显。     

低温共烧陶瓷技术

所谓低温共烧陶瓷（Low-temperaturecofiredceramics，LTCC）技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件。     

变频组件LTCC基板内埋宽带滤波器的性能优化

LTCC基板内埋滤波器是实现变频组件小型化的有效手段之一.重点研究了LTCC基板内埋宽带滤波器15～16 GHz频带内掉坑问题.运用因果图定位到了8条末端因素,结合HFSS仿真结果,确认了主要原因为印刷图形间距超差和撕膜后生瓷片收缩量大.通过调整网版印刷方向和监控刮刀刀口磨损程度,优化印刷图形质量.从撕膜参数、生瓷预处...     

复合双性LTCC材料基础研究

随着电子技术在自动化、工业控制、医学、航天航空和日常生活等领域的广泛应用,高密度、宽温域、小尺寸、多功能、高品质等特性日益成为其发展的必然趋势,同时这些特性给传统封装技术及工艺带来了巨大的挑战。在众多的封装技术中,低温共烧陶瓷LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)技术成为了国际研究的焦点,因为利用LTCC技术制备的产品不仅能具备高电流密度、小体积,而且还具备高可靠性和优良的电性能、传输特性及密封性。LTCC技术是一种先进的混合电路封装技术。它将四大无源器件,即变压器(T)、电容器(C)、电感器(L)和电阻器(R)集成,配置于多层布线基板中,与有源器件(如:功率MOS、晶体管和IC电路模块等)共同集成为一完整的电路系统。因此LTCC技术又称为混合集成技术,它能有效地提高电路的封装密度及系统的可靠性。笔者围绕LTCC技术中的低温共烧铁氧体LTCF(Low Temperature Co-fired Ferrite)材料,采用理论、实验及应用三位一体的研究模式,开发了一种新型LTCC复合介质材料,不但对该材料的复合机理进行了理论模拟而且对其在LTCC滤波器中的应用展开了研究。笔者在理论模型、材料制备和器件设计上做了一些探索性和创新性的工作,具体内容如下:(1)探索性地建立了针对LTCC陶瓷的低温烧结模型。模型基于液相烧结理论,以液相在晶粒边界引起的毛细管压力及溶解–淀析过程中化学势能的变化为烧结驱动力,将烧结温度、时间与烧结后的最终晶粒大小、相对密度联系起来,模拟出低温烧结动态过程中相对密度的变化趋势。(2)首次提出铁电–铁磁复合材料的复合理论并给予了系统的分析。讨论了复合材料中两相成分的化学结构及电磁性能在理论上对复合可能性的影响,根据材料的微观结构建立了复合模型,模型中假设铁电相均匀分布于铁磁相晶粒表面,并和气孔一起形成非磁性薄层将铁磁晶粒之间隔断,使铁磁颗粒孤立。通过对复合结构中铁磁晶粒内场变化的分析,推导出复合材料铁电/铁磁成分比与复合磁导率的关系方程;另外,利用微观结构中电流流通的等效电路,推导得到不同铁电/铁磁成分比时复合材料复数介电常数与频率的关系表达式。(3)研究了工艺条件对材料电磁性能的影响。按照工艺流程改变工艺参数预烧温度、二次球磨时间、烧结曲线中升温降温速度、烧结温度和保温时间,通过SEM、XRD等分析手段了解改变工艺参数对铁氧体材料微观结构的影响规律,通过对材料介电常数频谱、磁导率频谱及品质因数的测量得知工艺参数对材料电磁性能的影响规律,根据实验数据结果得到最佳铁氧体烧结工艺参数。(4)研究了不同掺杂离子及助熔剂的加入对低温烧结铁氧体LTCF材料的微观结构及电磁性能影响。首先研究了不同MnCO3和CuO含量对NiZn铁氧体烧结特性、微观结构及电磁性能的影响,首次发现了掺杂Mn离子的NiZn铁氧体其电磁性能对烧结温度具有敏感性。其次研究了不同助熔剂Bi2O3、WO3和Nb2O5对NiCuZn铁氧体烧结特性、微观结构及电磁性能的影响,实验揭示W6+对材料微观结构的改善;最后对低温NiCuZn铁氧体进行改性掺杂,研究稀土氧化物CeO2对其微观结构及电磁性能的影响,并给出NiCuZn铁氧体掺杂稀土元素时的磁频谱及介频谱。(5)开发了一新型的基于不同低温烧结NiCuZn铁氧体与高介电常数(BaTiOk+X)钙钛矿的具有电感、电容双性的铁电–铁磁复合材料,研究了不同铁电–铁磁含量对各组复合材料微观结构及电容电感双性的影响。并研究了不同助熔剂Bi2O3、WO3和Nb2O5对其烧结特性、微观结构及电容电感双性的影响。最后对复合材料进行稀土掺杂改性,研究稀土氧化物CeO2对其微观结构及电容电感双性的影响。(6)设计并制作出两种使用LTCC复合双性材料的3G通讯设备用带通滤波器。采用Ansoft HFSS电磁仿真软件对所建立的滤波器模型进行模拟仿真,通过调节滤波器结构参数使滤波器各性能指标达到要求,并实现生产制备。制得带通中心频率3.5 GHz,插损<2.8 dB,带宽>400 MHz,阻带衰减大于35 dB的微带式带通滤波器和带通中心频率1.4 GHz,插损<3 dB,带宽>160 MHz,阻带衰减大于30 dB的LC式带通滤波器。     

三维微流道系统技术研究

采用LTCC技术,可以获得替代采用硅或其他技术制作的微功能结构,简化工艺,降低成本.重点研究了内嵌三维(3D)微流道系统LTCC多层基板成型中的关键技术:热压和烧结,并进行工艺优化.利用优化的热压、烧结工艺参数,可制备出完好的3D微流道系统LTCC多层基板;通过实验验证,LTCC内嵌三维微流道系统取得了良好的散热效果.     

生瓷带打孔机控制系统的开发

生瓷带打孔机是LTCC多层基板制造必不可少的关键工艺装备.分析了生瓷带打孔机的功能,通过详细计算,提出了硬件控制系统的实施方案,采用了双电机同步控制结构、PID参数调试方法,绘制了控制框图和软件流程图.     

TiO_2/ZrO_2掺杂MAS系LTCC生带的烧结致密化研究

文章以掺杂TiO2/ZrO2的MAS(MgO-Al2O3-SiO2)系微晶玻璃作为功能相,采用流延法制成生带并最终烧结成型。系统地研究了掺杂、粉体粒径、烧结条件等对LTCC基板收缩性能和致密性的影响。结果表明:通过成核剂TiO2/ZrO2的掺杂,能有效降低基板烧结温度,提高烧结致密性;粉体粒径对生带烧结后的致密性影响较大,粒径越小生带致密化程度越高,同时收缩率也越大。同时通过对比不同烧结条件下样品的致密性,确定了MAS系LTCC生带的最佳烧结曲线。     

LTCC高速热切速度控制方法研究

低温共烧陶瓷（LTCC）实现微波多芯片组件（MMCM）的一种理想组装技术．论述了制造微波多芯片组件的LTCC基板工艺,分析了LTCC基板生瓷材料在热切过程刀体运动流程以及其控制特点,研究了刀体在高速热切过程中的速度控制特点,提出了在确定结构下实现LTCC热切刀体的高精度和高速度控制方法,实验证明,在切割精度不受影响的情况下该方法提高了切割效率,减小了在高加减速情况下对机械系统造成的冲击。     

LED的LTCC封装基板研究

LTCC基板广泛应用于先进的LED封装技术。阐述了LED的陶瓷封装基板的特点,介绍了制造LTCC封装基板的生瓷片性能和制造工艺,通过对LTCC基板热电分离结构的优点分析,指出金属散热通孔是提高LTCC基板散热效果的关键原因,并展望了LTCC封装基板发展方向。