現(xiàn)代LTCC技術是將低溫燒結陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿和精密導體漿料印刷等工藝制出所設計的電路版圖，并將多個元器件埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內外電極可選用Ag、Cu和Au等金屬材料，在小于1000℃的溫度條件下燒結，最終制成3D的高密度集成電路，也可制成內置無源元件的3D電路基板，也可以在其表面貼裝IC和有源器件制成無源/有源集成的功能模塊。

目前來看，LTCC技術是解決電子產(chǎn)品“90%問題”的主流技術，是實現(xiàn)電子整機或系統(tǒng)小型化、高性能化與高密度化的首選方案，被廣泛應用于射頻電路系統(tǒng)。

但LTCC多層電路基板制造工藝流程較長，工藝復雜，基板收縮率、翹曲度、層間對位精度等都是影響產(chǎn)品性能的重要因素。本文將根據(jù)上述技術難點，對如何優(yōu)化工藝參數(shù)及解決上述問題展開論述分析。

三大影響因素分析

① 收縮率偏差

LTCC收縮率與其密度有直接關系，密度越大收縮率越小，密度越小收縮率越大，反應到工藝參數(shù)上來，密度與層壓壓力相對應，因此可以通過調控層壓壓力來改變LTCC產(chǎn)品的收縮率，使之達到設計要求。

且LTCC基板由于存在金屬通孔、印刷金屬導線，這些金屬的收縮率不同于白瓷收縮率，因此相同層壓壓力下LTCC產(chǎn)品的收縮率與白瓷的收縮率有一定差異，需要進一步研究其規(guī)律，積累工藝數(shù)據(jù)，進行層壓壓力相應的調整。

② 基板翹曲

● 燒結原因：燒結工藝與基板翹曲度、收縮率有直接關系，LTCC基板的燒結過程實際是一個放熱吸熱反應的過程。排膠階段（室溫至500℃左右）基板中有機物分解揮發(fā)，質量減輕；燒結階段（700℃～850℃左右）基板發(fā)生結晶和析晶反應，伴隨反應的進行，基板收縮。因此低溫階段、高溫階段的燒結時間，升溫速率與基板收縮程度、翹曲程度關系密切，需要優(yōu)化燒結曲線，通過試驗調整排膠階段升溫速率、時間，燒結階段升溫速率、時間，各階段空氣流量等重要工藝參數(shù)。

● 基板結構及金屬分布問題：LTCC基板的結構也是決定LTCC基板燒結翹曲度的關鍵因素，當LTCC基板上存在多種規(guī)格的空腔結構時，其結構難以均衡對稱，同時由于LTCC基板上含有大量通孔及密集金屬導線，這些都難以均勻分布，這樣就容易導致其翹曲度超差。

● 漿料選用問題：不同銀漿、金漿與生瓷帶熱膨脹系數(shù)匹配性不同，因此大面積印刷層選用不同漿料時對基板翹曲度的影響尤為明顯。

③ 通孔層間對位偏差

LTCC基板層間對位偏差與打孔精度、生瓷片自身收縮情況、各層印刷導體情況，疊層對位精度等眾多因素相關，是控制的難點，因此需要對整個工藝流程進行監(jiān)控，找出主要影響因素，進行優(yōu)化控制。按照帶膜工藝流程進行LTCC制造，對全過程進行錯位監(jiān)控。

帶膜工藝LTCC通孔錯位原因分析表（單位：μm）

通過全流程跟蹤監(jiān)測，帶膜生瓷片在撕膜后會有一個應力的釋放，導致較大變形，其中主要形變方向為生瓷流延方向，表現(xiàn)為放大，范圍約為40μm～70μm，垂直于流延方向則表現(xiàn)為收縮，范圍約為10μm～20μm，是帶膜工藝通孔錯位的主要原因。

工藝方案及試驗結果

① 收縮率偏差控制工藝方案

為了尋求實際收縮率與曲線上收縮率的誤差，通過多輪的層壓試驗，實測LTCC收縮率與LTCC“層壓壓力－密度－收縮率”關系曲線上收縮率誤差約為0.2%～0.3%，依此指導實際生產(chǎn)。在LTCC制造中，工藝設計收縮率15.8%，為達到次收縮率，因為上述試驗證明實測LTCC收縮率與曲線上收縮率誤差約為0.2%～0.3%，因此要到達15.8%的收縮率，應選用16%收縮率所對應的層壓壓力，即力3000psi。實際效果表明效果較好，達到了設計收縮率。

② 基板翹曲度控制工藝方案

● 燒結工藝優(yōu)化：降低排膠階段升溫速率，優(yōu)化各階段氣流量，緩解不同材料熱膨脹系數(shù)不匹配的應力。

● 布版設計優(yōu)化：對于單塊基板內部無法滿足金屬化平衡分布的情況，擬在版圖布局時進行對稱性布局，使其在整版中形成金屬化平衡分布，燒結時再進行整版燒結，這樣就可以有效地改善基板平整度。

單塊LTCC的孔分布及金屬導線分布的不對稱性

● 漿料選用優(yōu)化：在混合漿料體系中，大面積底層盡量選用同種材質的漿料，對于LTCC背面焊接層，確需選擇不同漿料時，可盡量選擇后燒型漿料，以此可降低燒結難度，改善基板翹曲度。

按照上述方案進行工藝優(yōu)化后，將生產(chǎn)的LTCC基板進行了基板外形尺寸及翹曲度測試，結果表明，通過上述改進后，基板外形尺寸精度及翹曲度指標完全滿足工藝要求，改進效果明顯，基板本身及空腔底面平整度均達到了較好效果，基板均達到小于2‰的翹曲度。

③ 通孔層間對位偏差控制

帶膜工藝，在疊片前撕膜，生瓷片在流延時積累的應力在撕膜時集中釋放，造成生瓷片無規(guī)律性變形，引起生瓷片上通孔及導線位置偏移。改為無膜工藝，在打孔前對生瓷片進行撕膜、自然放置老化處理，以釋放應力。

無膜工藝流程

通過上述分析可知，生瓷片脫膜后通過老化工序，加速生瓷片老化釋放壓力，減小生瓷片在其后加工過程中的形變量，然后再進行生瓷片加工，從而有效地改善了LTCC基板層間對位偏差，因此老化效果將對后續(xù)LTCC基板層間對位偏差有重要影響，老化不充分，脫膜生瓷片在后續(xù)加工中仍將有較大形變，為此需要對老化工藝開展研究，較好的老化的方法通常是對生瓷片脫膜后進行常溫下自然晾置，其關鍵工藝參數(shù)時晾置時間。

無膜生瓷片老化工藝實驗（單位：mm）

試驗方法是在脫膜后的生瓷片上沖孔，通過測量X、Y方向通孔間距以判斷生瓷片是否老化充分了。試驗表明，生瓷片脫膜后自然晾置24h后老化充分，后續(xù)生瓷片形變量不大，因此無膜工藝老化時間可設置為自然晾置不低于24h即可。無膜工藝流程下打孔后至疊片前，打孔、填孔、印刷、漿料干燥等工序操作造成的生瓷片形變約在+15μm左右，完全滿足工藝要求，該工藝流程下填孔層間對位偏差將得以改善。采用上述方案后，通孔對位精度明顯提高，達到≤40μm水平。

結 論

綜上可知，實際LTCC基板由于存在金屬通孔、印刷金屬導線，這些金屬的收縮率不同于白瓷收縮率，因此相同層壓壓力下LTCC產(chǎn)品的收縮率與白瓷的收縮率有一定差異，可通過積累工藝數(shù)據(jù)，進行層壓壓力相應的調整來解決收縮率偏差問題。對于LTCC基板燒結收縮率，其不僅與燒結工藝有關，還與基板對稱性設計、電路布局、漿料選用關系密切；帶膜工藝較無膜工藝在通孔層間對位精度控制上難度更大，撕膜時應力釋放是導致層間通孔對位偏差的主要原因，無膜工藝更適合層間對位精度要求較高的應用。

審核編輯：湯梓紅