張 峰，賈少雄，張 偉

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

基于杜邦951C2生瓷濾波器的疊層工藝優(yōu)化

張 峰，賈少雄，張 偉

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

濾波器是射頻、微波系統(tǒng)中不可或缺的一類關(guān)鍵部件，主要用來(lái)篩選頻率信號(hào)。針對(duì)杜邦951C2生瓷濾波器的疊層工藝展開研究，對(duì)疊層工藝過(guò)程進(jìn)行了分析，以疊層對(duì)位精度的提高為突破點(diǎn)，運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”和“正交實(shí)驗(yàn)法”得出了優(yōu)選的疊片方法和層壓工藝參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了工藝方案及參數(shù)，有效的提高了杜邦951C2生瓷濾波器疊層工藝質(zhì)量。

濾波器；生瓷；疊層；優(yōu)化

濾波器是射頻、微波系統(tǒng)中不可或缺的一類關(guān)鍵部件，主要作用是篩選頻率信號(hào)，通過(guò)需要的頻率信號(hào)并且反射不需要的干擾頻率信號(hào)。通常濾波器可按頻率特性、實(shí)現(xiàn)方式、響應(yīng)函數(shù)等進(jìn)行分類，其經(jīng)典應(yīng)用是發(fā)射機(jī)前端和接收機(jī)。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，射頻、微波系統(tǒng)對(duì)元器件的性能、可靠性、成本等也提出了越來(lái)越高的要求，同時(shí)小體積和輕重量也成為了元器件的發(fā)展趨勢(shì)。這也就對(duì)元器件的材料選擇和制造工藝提出了很高的要求，LTCC作為一種可以實(shí)現(xiàn)高密度、高可靠性和小型化的工藝技術(shù)很好地解決了上述問(wèn)題[1]，并且LTCC技術(shù)可以制作三維立體的電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)集成電感、電容等無(wú)源器件，易于批量生產(chǎn)。本文主要對(duì)基于杜邦951C2生瓷制作某型濾波器的疊層工藝進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案，通過(guò)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波器的高質(zhì)量生產(chǎn)。

1 LTCC制作濾波器流程介紹及問(wèn)題

LTCC制作濾波器的主要工藝流程[2]，如圖1所示。

本文所研究的濾波器按照客戶要求封裝結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)C疊層結(jié)構(gòu)，所以要求所用生瓷介質(zhì)層必須比普通杜邦951PT厚度薄，因此選取杜邦951C2生瓷，其厚度僅為50 μm。整個(gè)工藝流程中疊片和等靜壓環(huán)節(jié)決定著產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，判定指標(biāo)為疊層對(duì)位精度[3]，按照檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)位精度應(yīng)控制在±40 μm以內(nèi)。

圖1 LTCC工藝流程圖

按照基于杜邦951PT生瓷制作濾波器的疊片方法，制作了一批濾波器并隨機(jī)抽檢了10個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 疊層對(duì)位精度測(cè)量結(jié)果

由測(cè)量結(jié)果可知，疊層對(duì)位精度均超過(guò)了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求值，目前的疊層工藝不適用于杜邦951C2生瓷濾波器，需對(duì)該工序進(jìn)行工藝優(yōu)化。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 方案提出

借鑒以往研制其他材質(zhì)濾波器的經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)疊層對(duì)位精度不合格的樣品的剖切，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題主要出現(xiàn)在層間分離上，也就是氣泡導(dǎo)致的生瓷變形。運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”針對(duì)疊片過(guò)程中影響疊片質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，整理出了四種工藝方案，分別是KEKO覆膜疊片法、KEKO加輔料疊片法、銷釘板脫膜帶框疊片法和銷釘板帶膜疊片法。

2.2 方案選擇

將各方案用過(guò)程決策程序法(PDPC)綜合分析后得出的實(shí)施計(jì)劃。

2.2.1 方案一：銷釘板帶膜疊片法

在疊片之前的所有工藝保留生瓷片PET膜，按照手工疊片工藝要求進(jìn)行疊片，采用九孔定位，疊片前需要撕自身PET膜，累計(jì)疊十張951C2生瓷，在等靜壓設(shè)備里進(jìn)行層壓，然后在X射線檢測(cè)儀下，隨機(jī)抽測(cè)5個(gè)位置的疊片對(duì)位精度，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2，結(jié)果顯示該方案不能滿足要求。

表2 方案一疊層對(duì)位精度測(cè)量結(jié)果

2.2.2 方案二：銷釘板脫膜帶框疊片法

在疊片之前的所有工藝去除生瓷片PET膜，并將生瓷片固定在固定框上，按照手工疊片工藝要求進(jìn)行疊片，采用九孔定位，將脫膜帶框的生瓷，套入九孔銷釘板，依次疊片，然后去框。累計(jì)疊十張951C2生瓷，在等靜壓設(shè)備里進(jìn)行層壓，然后在X射線檢測(cè)儀下，隨機(jī)抽測(cè)5個(gè)位置的疊片對(duì)位精度，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3，結(jié)果顯示該方案不能滿足要求。

表3 方案二疊層對(duì)位精度測(cè)量結(jié)果

2.2.3 方案三：KEKO覆膜疊片法

在疊片之前的所有工藝去除生瓷片PET膜，覆微粘膜，在KEKO疊片機(jī)上，累計(jì)疊十張去除微粘膜的951C2生瓷，并在疊片機(jī)上進(jìn)行層壓，然后在X射線檢測(cè)儀下，隨機(jī)抽測(cè)5個(gè)位置的疊片對(duì)位精度，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4，結(jié)果顯示該方案不能滿足要求。

表4 方案三疊層對(duì)位精度測(cè)量結(jié)果

2.2.4 方案四：KEKO加輔料疊片法

在疊片之前的所有工藝去除生瓷片PET膜，覆微粘膜，采用覆膜半切割方式進(jìn)行預(yù)處理，在KEKO疊片機(jī)上，添加輔助疊壓的材料進(jìn)行依次疊壓十張去除微粘膜的951C2生瓷，并在疊片機(jī)上進(jìn)行層壓，然后在X射線檢測(cè)儀下，隨機(jī)抽測(cè)5個(gè)位置的疊片對(duì)位精度，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5，結(jié)果顯示該方案能滿足要求。

表5 方案四疊層對(duì)位精度測(cè)量結(jié)果

2.3 參數(shù)選擇

2.3.1 確定試驗(yàn)因素

挑因數(shù)，選位級(jí)[4]，通過(guò)正交試驗(yàn)法，確定壓力、時(shí)間以及溫度的最優(yōu)組合，使得疊片層壓后的氣泡數(shù)少于4個(gè)。制定因數(shù)位級(jí)表，詳見(jiàn)表6。

表6 因數(shù)位級(jí)表

2.3.2 試驗(yàn)組合及結(jié)果

本次試驗(yàn)有3因素2位級(jí)，需進(jìn)行8次試驗(yàn)，詳見(jiàn)表7。

表7 正交實(shí)驗(yàn)表

根據(jù)表7可知，導(dǎo)致層間分離的主要因素是壓力和溫度，同時(shí)可得出各因數(shù)的最佳組合為A2-B2-C2。同時(shí)，在X射線檢測(cè)儀下，隨機(jī)抽測(cè)5個(gè)位置的疊層對(duì)位精度，測(cè)量結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于杜邦951C2生瓷濾波器的疊層工藝，運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴法”設(shè)計(jì)了四種疊片方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇了“KEKO加輔料疊片法”進(jìn)行疊片，同時(shí)運(yùn)用正交試驗(yàn)法對(duì)層壓工序的工藝參數(shù)進(jìn)行了篩選，優(yōu)化了層壓工藝參數(shù)，通過(guò)方案和參數(shù)的選擇，有效提高了疊層對(duì)位精度，為今后批量生產(chǎn)杜邦951C2生瓷濾波器提供了技術(shù)支持，促進(jìn)了我所在LTCC技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

[1] 何健鋒.LTCC基板制造及控制技術(shù)[J].電子工藝技術(shù),2005,26(2):75-81.

[2] 趙飛,黨元蘭.LTCC電路加工中的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電子工藝技術(shù),2013,34(1):7-39.

[3] 唐小平,嚴(yán)英占，張晨曦.提高LTCC疊片精度的工藝研究[J].電子工藝技術(shù),2014，34(4):220-222.

[4] 張偉，秦超，賈少雄.帶通濾波器LTCC工藝優(yōu)化研究[J].電子與封裝,2017，17(3):5-9.

Layered Process Optimization Based on the Dupont 951C2 Raw Porcelain Filter

Zhang Feng, Jia Shaoxiong, Zhang Wei

(The2ndResearchInstituteofCETC，TaiyuanShanxi030024,China)

Filter is one of the most important components in RF and microwave systems. Studying on stacking process expand DuPont 951C2 green ceramic filter, the laminated process are analyzed. In order to improve the precision of stack alignment as the breakthrough point, the preferred lamination method and laminating process parameters are obtained using the “brainstorming” and “orthogonal experiment” methods. The experimental results verify the process scheme and parameters, and effectively improve the DuPont 951C2 ceramic filter stack process quality.

filter; porcelain; lamination; optimization

2017-05-10

張 峰(1982- )，男，山西洪洞人，工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)殡娮庸に囋O(shè)備與產(chǎn)品的質(zhì)量控制與優(yōu)化改進(jìn)。

1674- 4578(2017)03- 0040- 02

TN713

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