Описание решения и конечных устройств
Решение представляет собой технологическую линию изготовления многослойных керамических подложек по технологии LTCC — керамики низкотемпературного совместного обжига (LTCC — Low Temperature Co-fired Ceramics). Линия охватывает основные операции изготовления LTCC-подложек — от приготовления шликера и ленточного литья до формирования межслойных соединений и топологии проводников, совмещения и послойной укладки керамических лент, ламинирования, совместного обжига керамики и металлизации, а также выходного контроля изделий.
Конечное изделие — монолитная многослойная керамическая подложка, которая может содержать конструктивные полости, внутренние и наружные проводники, металлизированные переходные отверстия, контактные площадки, экранирующие слои. Электрические соединения формируются в плоскости отдельных слоёв и между слоями, образуя трёхмерную систему межсоединений. Подложка предназначена для последующего монтажа полупроводниковых кристаллов и других компонентов с формированием функционального электронного модуля.
Ключевое преимущество LTCC заключается в объединении в одной керамической конструкции несущей основы, многослойной коммутации, экранирования и элементов высокочастотных трактов. Это позволяет уменьшить габариты и массу модуля, сократить длину межсоединений, снизить паразитные емкости и индуктивности и обеспечить стабильность характеристик на высоких частотах. Возможность применения проводящих паст на основе серебра, золота или меди в сочетании с низкими диэлектрическими потерями обеспечивает низкие потери в СВЧ-трактах.
Применение LTCC в различных сферах
Внешний вид LTCC-подложки и модуля в сборе
Общий маршрут производства
Приготовление шликера
Бисерная мельница
Отливка керамической ленты
Установка литья ленты
Резка ленты и пробивка переходных отверстий
Автоматическая установка резки и пробивки керамической ленты
Оптический контроль переходных отверстий
Установка автоматической оптической инспекции переходных отверстий
Контролируются наличие, диаметр, форма и координаты переходных и базовых отверстий. Выявляются непробитые отверстия, остатки материала, повреждения кромок и отклонение положения отверстий от номинальных координат.
Заполнение переходных отверстий и нанесение рисунка металлизации методом трафаретной печати
Трафаретный принтер
Переходные отверстия заполняются проводящей пастой; после промежуточной сушки на необожжённую керамическую ленту наносится проводящий рисунок в соответствии с топологией слоя. Критичны полнота заполнения отверстий, отсутствие пустот, совмещение проводящего рисунка с переходными отверстиями, ширина и целостность проводников, зазоры между ними и толщина отпечатка.
Сушка отпечатанного проводящего рисунка
Конвейерная сушильная установка
В процессе сушки удаляются летучие компоненты пасты и стабилизируется проводящий рисунок перед послойной сборкой. При недостаточной температуре или продолжительности сушки растворитель удаляется не полностью; перегрев может привести к растрескиванию отпечатка и короблению ленты.
Послойная сборка и совмещение слоёв
Автоматическая установка послойной сборки пакета
Металлизированные листы последовательно укладываются в многослойный пакет с совмещением по базовым отверстиям или реперным знакам. Смещение слоёв нарушает совмещение переходных отверстий с контактными площадками и проводящим рисунком, что может привести к обрывам, коротким замыканиям и отклонению электрических параметров..
Изостатическое ламинирование
Установка изостатического ламинирования
Сформированный пакет ламинируется при заданных давлении и температуре, в результате чего слои соединяются в монолитную необожжённую заготовку. Неравномерность давления или нарушение температурно-временного режима могут вызвать смещение слоёв, неоднородность толщины, расслоение и деформацию пакета при последующем обжиге.
Резка ламинированного пакета
Установка высокоточной резки ламинированных керамических пакетов
Ламинированный пакет разделяется на отдельные заготовки заданных размеров с учётом усадки при обжиге. Критичны точность позиционирования, геометрия и чистота реза, а также отсутствие трещин, сколов и расслоений.
Совместный обжиг ламинированного пакета
Камерная печь
На начальном этапе температурного цикла происходит термическое разложение органических компонентов с удалением продуктов разложения, затем — совместное спекание керамики и металлизации с формированием монолитной многослойной структуры. Нарушение профиля обжига может привести к остаточной органике, неравномерной усадке, короблению, трещинам, расслоению и повреждению металлизации.
Финальный контроль параметров
Автоматическая установка электрического контроля с подвижными зондами
Сканирующий акустический микроскоп
Выполняется электрический контроль целостности проводников и межслойных переходов, отсутствия коротких замыканий, сопротивления цепей и сопротивления изоляции. Акустический контроль проводится для выявления расслоений, пустот и внутренних трещин.