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LTCC低溫共燒陶瓷基板的制備核心技術(shù)是高質(zhì)量基片的坯體成型,目前的成型方法主要有流延、干壓、軋膜等,其中流延法生產(chǎn)效率高,自動化水平高,成型坯體性能的重復性和尺寸的一致性水平高,是理想的LTCC基板的成型技術(shù)。


LTCC低溫共燒陶瓷基片的流延工藝及注意事項

圖  LTCC生瓷帶  攝于浙江矽瓷展臺


一、LTCC基片流延成型工藝流程


LTCC陶瓷基片流延工藝如下圖所示:


LTCC低溫共燒陶瓷基片的流延工藝及注意事項

圖    流延法制備LTCC基片工藝流程


1、漿料制備——經(jīng)過球磨分散,脫泡處理后,漿料必須要分散均勻,具備一定的粘度和流動性;
2、薄膜流延成型——薄膜流延成型機的設(shè)備精度高、薄膜走線速穩(wěn)定、干燥溫場均勻、要一定的自動化程度;
3、成膜后處理——根據(jù)使用需求的不同薄膜還需要:分切切割、打孔、絲印、疊壓、溫等靜壓等處理;
4、脫脂燒結(jié)成瓷——根據(jù)固體粉體材料的不同,以及漿料中的試劑不同,脫脂燒結(jié)的溫度及時間各不相同,需要根據(jù)實際情況去設(shè)定;


二、LTCC基片的流延漿料的制備


1、流延漿料的制備要求


流延漿料是個比較復雜的系統(tǒng),漿料一般由粉料、溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑和功能助劑組成。一種合適的流延漿料必須滿足以下幾個條件:

(1)干燥過程中沒有缺陷(如裂紋等);

(2)流延片干燥后要有一定的強度,如可切割、鉆孔等;

(3)流延片要有非常均勻的微觀結(jié)構(gòu)和光滑平整的表面;

(4)流延片中的有機物可以通過熱分解后完全排除;

(5)流延片要有好的疊層性能,可用于疊層工藝;

(6)流延片要有非常好的燒結(jié)性能等。


并非所有的流延漿料都能滿足以上幾個條件,只有選擇好合適的粉料 、分散劑、粘結(jié)劑 、增塑劑以及流延工藝的參數(shù) ,才可能滿足以上條件。同時 ,還應注意選擇分散劑 、粘結(jié)劑 、增塑劑的純度 ,盡量減少同時引入的雜質(zhì) 。

2、流延漿料的影響因素


1)粉料

目前LTCC材料主要分三類:微晶玻璃體系、玻璃+陶瓷復合體系以及純陶瓷體系。流延成型的關(guān)鍵是粉體,粉體的化學組成和特性能夠影響甚至控制最終燒結(jié)材料的收縮和顯微結(jié)構(gòu)。粉體中不能有硬團聚,否則會影響顆粒堆積以及材料燒結(jié)后的性能。

LTCC低溫共燒陶瓷基片的流延工藝及注意事項

圖   LTCC材料

粉體的選擇必須考慮到以下技術(shù)參數(shù):

(1)化學純度;
(2)顆粒大小、尺寸分布和顆粒形貌;
(3)硬團聚和軟團聚程度;
(4)組分的均一性;
(5)燒結(jié)活性;
(6)規(guī)模生產(chǎn)的能力;
(7)制造成本。 

2)溶劑

在溶劑的選擇上首先要考慮如下幾個因素:

(1)必須能夠溶解分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑和其他添加劑成份;

(2)在漿料中具有一定的化學穩(wěn)定性,能夠充分分散粉料而不與粉料發(fā)生反應;

(3)能夠提供漿料系統(tǒng)合適的粘度;

(4)易于揮發(fā)與燒除;

(5)保證素坯無缺陷的固化;

(6)使用安全衛(wèi)生和對環(huán)境污染少且價格便宜。


目前最為常用的溶劑為有機溶劑和水,非水基流延成型工藝最大的缺陷在于所使用的有機溶劑(如甲苯、二甲苯等)具有毒性;水基流延成型工藝存在漿料中氣泡較多,不易除泡;陶瓷膜片柔韌性較差,強度不高,容易出現(xiàn)裂紋等缺陷。

3)分散劑

粉料在流延漿料中的分散均勻性直接影響著素胚膜的質(zhì)量,從而影響材料的致密性、氣孔率和力學性能等一系列特性。陶瓷顆粒在漿料中可靠地分散主要依靠兩個因素。一個是利用電荷粒子間的排斥力,另一個是利用分散劑吸附于粒子表面的位阻作用。當采用前一種時,控制粒子表面的電位是決定漿料穩(wěn)定性非常重要的一點。

水基系統(tǒng)中常用的分散劑為磷酸鹽、磷酸復鹽、天然鈉芳基磺酸、丙烯酸聚合物,有機系統(tǒng)中常用的分散劑為脂肪(三油酸甘油酯)、魚油、鯡魚魚油、磷酸鹽脂等。 

4)粘結(jié)劑

在漿料混合生產(chǎn)過程 中,粘結(jié)劑與其他有機材料的溶解度以及與無機材料粉體的可潤濕性是很重要的因素 , 因此粘結(jié)劑的類型和種類對漿料的粘性行為有重要影響。

選擇粘結(jié)劑應考慮的因素有:

(1)素胚膜的厚度;

(2)所選溶劑類型及匹配性,有利于溶劑揮發(fā)和不產(chǎn)生氣泡;

(3)應易燒除,不留有殘余物;

(4)能起到穩(wěn)定料漿和抑制顆粒沉降的作用;

(5)要有較低的塑性轉(zhuǎn)變溫度,以確保在室溫下不發(fā)生凝結(jié);

(6)考慮所用基板材料的性質(zhì),要不相粘結(jié)和易于分離。


粘結(jié)劑按起作用的官能團類型分為非離子、陰離子和陽離子3類。在流延工藝中使用最多的是陰離子與非離子型的粘結(jié)劑,主要有乙烯基與丙烯基2類。在非水基料漿中常用的粘結(jié)劑PVB,聚丙烯酸甲酯和乙基纖維素等。在水基介質(zhì)中常用的粘結(jié)劑有聚乙烯醇、丙烯酸乳劑和聚丙烯酸胺鹽等。 
 
5)增塑劑

陶瓷生帶用增塑劑需要的性能為:

(1)與樹脂粘結(jié)劑具有良好的相容性;

(2)高的沸點和低的蒸汽壓;

(3)高的可塑效率;

(4)熱、光、化學的穩(wěn)定;

(5)低溫下良好的彎曲性;

(6)增塑劑與其它材料接觸時不快速移動等。 

 常用的增塑劑有聚乙二醇、鄰苯二甲酸酯和乙二醇等。

三、LTCC基片流延工藝的控制


1、生瓷帶厚度控制


Otsuka等和Chou等人發(fā)現(xiàn)提出了干坯厚度D與各種流延參數(shù)的關(guān)系式 :

LTCC低溫共燒陶瓷基片的流延工藝及注意事項

α:濕坯干燥時厚度收縮的系數(shù)
h:刀刃間隙高度
L:刀刃間隙長度
η:漿料粘度
△P:刀刃間隙出口和入口的壓力差(通常由漿料層的高度決定)
V0:留言裝飾和支撐載體的相對速率

公式表明流延坯帶的厚度與刮刀和基帶間的厚度與刮刀和基帶的高度、基帶速度、漿料粘度、漿料槽液面高度及干燥收縮有關(guān)。

LTCC低溫共燒陶瓷基片的流延工藝及注意事項

為了能夠精確地控制生帶厚度必須遵循以下原則 :漿料混合均勻 、粘度符合規(guī)定范圍;根據(jù)生帶厚度精確調(diào)整刮刀間隙;維持液面高度均衡一致 ;保證流延速度的穩(wěn)定。

2、干燥工藝優(yōu)化


漿料流出刮刀后即進入干燥區(qū)進行干燥,在生帶干燥過程中 ,根據(jù)溶劑的蒸發(fā)速率分為兩個階段 。第一階段速率穩(wěn)定 ,第二階段速率下降。

因此,應根據(jù)坯片的厚度 、固相體積分數(shù) 、粘結(jié)劑及塑性劑等有機物的含量 ,精確控制溫度、相對濕度及氣流速度,使溶劑以較慢的速度蒸發(fā)。使坯體充分進行體積擴散 ,盡可能消除氣孔,避免因局部收縮不均勻而導致卷曲變形或開裂 。

3、脫脂工藝優(yōu)化


脫脂是通過加熱時有機添加劑產(chǎn)生分解,分解產(chǎn)物擴散至表面揮發(fā),再從表面揮發(fā),整個過程一般在高溫度發(fā)生。因此,環(huán)境氣氛是重要因素。陶瓷粉體的特點決定了氧化或還原氣氛的選擇 。


LTCC低溫共燒陶瓷基片的流延工藝及注意事項

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LTCC生瓷帶的制備難點將在11月26日第三屆高端電子陶瓷產(chǎn)業(yè)高峰論壇上,由兵器214所何中偉總工程師帶來《LTCC生瓷帶的環(huán)境與工藝適應性要求研討》演講為大家解答疑惑,歡迎大家前來分享交流。

資料來源:

何中偉,周洪慶,王會,李冉.LTCC生瓷帶流延工藝研究

范啟兵,胡永達,陽皓等.LTCC流延漿料的制備及其性能研究

齊世順.LTCC厚膜的受約束燒結(jié)致密化行為及連續(xù)介質(zhì)力學理論模巧

唐小平,朱政強,盧會湘,李攀峰,嚴英占.基于超薄LTCC生瓷帶的基板制造技術(shù)

陳力春,堵永國,陳興宇,鄭曉慧.LTCC流延生瓷帶的力學性能


第三屆高端電子陶瓷產(chǎn)業(yè)高峰論壇(江蘇昆山·11月26日)

01

主要議題


序號

議題

擬邀請單位

1

基于HTCC技術(shù)的發(fā)展與應用

佳利電子 胡元云 常務(wù)副總/研究院院長 

2

高端電子陶瓷在汽車領(lǐng)域的發(fā)展應用

博世

3

先進低溫共燒無源集成材料和器件技術(shù)發(fā)展

電子科大

4

LTCC射頻模塊的發(fā)展與應用

京瓷

5

高精密疊層機應用于多層陶瓷基板介紹

上海住榮 技術(shù)專家

6

LTCC絲網(wǎng)印刷中與網(wǎng)版相關(guān)的不良改善

昆山田菱  渡邊智貴

7

LTCC低介電常數(shù)粉體量產(chǎn)應用發(fā)展

中科院深圳先進技術(shù)研究院  顏廷楠  博士

8

LTCC生瓷帶的環(huán)境與工藝適應性要求研討

兵器214所 何中偉  總工程師

9

低溫共燒壓電陶瓷致動器的應用及發(fā)展

蘇州攀特電陶 潘鐵政 董事長

10

實現(xiàn)電子元器件小型化、高頻化、集成化的LTCC陶瓷

耘藍集成電路  洪世勛 

RF 射頻總監(jiān)

11

介電玻璃粉的開發(fā)與應用

贛州中傲新瓷

繆錫根 博士/研發(fā)總監(jiān)

12

應用于HTCC的高性能粉體制備

艾森達 

13

應用于低溫共燒陶瓷5G射頻模組材料方案

杜邦

14

電子陶瓷用金屬漿料配套應用方案

西安宏星

15

高導熱陶瓷低溫燒結(jié)助劑的研究

廈門鎢業(yè)

16

高性能陶瓷基板在IGBT中的應用與發(fā)展

比亞迪半導體、

17

陶瓷覆銅板在大功率半導體的應用

羅杰斯


如有演講意向,請聯(lián)系周小姐:18320865613(微信同電話號碼)


02

報名方式

方式一:加微信
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艾果果:13312917301(微信同電話號碼),

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作者 ab

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