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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计 2007年12月10日10:13:57电子元器件应用作者：贾铁钢大连职业技术学院 引言表面贴装(SMD)晶体谐振器和振荡器的应用非常广泛，其中手机、数码相机、PDA每部需1只，笔记本电脑需46只。这些产品的年增长率均在1050。而且，表面贴装(SMD)晶体谐振器、振荡器的需求呈连年上升趋势。晶体谐振器表面贴装(SMD)陶瓷基座(Ceramic Base)(以下简称陶瓷基座)是适应表面贴装技术的片式化谐振器封装用基座，目前我国的陶瓷基座基本由日本、韩国进口，因此陶瓷基座的国产化设计与开发迫在眉睫。 1 陶瓷基座
2、的基本结构与材料片式化晶体谐振器表面贴装陶瓷基座的基本结构如图1所示。该陶瓷基座所用的主要原材料如下：(1)陶瓷粉末陶瓷粉末的主要成分为氧化铝(Al2O3)，主要使用日本京瓷A440，90含量，密度：3.6gcm3，电阻系数(20)1014m、抗压强度：300 Mpa、电介强度：10 kVmm。制作陶瓷基座的原材料分为高温陶瓷粉末和低温陶瓷粉末。高温陶瓷一般为氧化铝(Al2O3)，烧结温度在16001850左右。低温陶瓷一般为玻璃-陶瓷系列，主要有45PbO-硼硅玻璃+55Al2O3、60CaO-Al2O3-硼硅玻璃+40Al2O3等，烧结温度在800900左右。高温陶瓷烧结的收缩稳定性比低温
3、陶瓷好，结构强度高，致密性好。缺点是材料介电常数较大会导致信号延迟时间过长。电路材料以钨(W)、钼(Mo)为主。导体材料的电阻率高、损耗较大。低温陶瓷为一般常用的陶瓷材料，介电常数小，电路材料是Cu、Ag等电阻率较小的优良导体，缺点是陶瓷材料配制技术复杂。(2) 粘合剂粘合剂的作用是将陶瓷粉末融合在一起形成板片状，并可在上面打孔和印导电金属浆料。粘合剂经烧结后会挥发掉。常用的粘合剂包括聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、邻苯二甲酸二丁脂、正丁醇和三氯乙烯。其中邻苯二甲酸二丁脂用作增塑剂；正丁醇用作润湿剂；三氯乙烯用作溶剂。(3)金属导体浆料金属导体浆料可用作陶瓷基座的内部导线和外部引线。金属导体浆料的主
4、要成份为钨粉，并用甲苯、二甲苯稀释。而层与层间的连接孔以及线路印刷所用的钨浆的粘度均有所不同。(4)密封板和密封框密封框使用0.2 mm、0.25 mm厚的可伐板(Kovar)，密封板可使用0.08 mm、0.1 mm的可伐板，密封板、密封框可经冲压加工而成。在陶瓷基座材料的成本构成中，陶瓷粉末、粘合剂占4.6；金属导体浆料占44.7；镀金占31；可伐框占17；其它占2.7。2 生产工艺设计陶瓷基座的生产工艺过程为：混料、球磨消泡流延落料冲孔填孔、印刷导电线路干燥叠层热压切割排胶烧结整平镀镍冲压密封框钎焊电镀切断检测包装入库。混料与球磨是在陶瓷粉料中加入粘合剂，经过球磨混料机混料约612小时，
5、即可形成高粘度浆料。浆料的流动性要好。瓷粉颗粒要均匀地分散在树脂中，从而形成有一定强度和塑性生瓷带，以便在生瓷带打孔和印刷金属导电图形。一般在将陶瓷粉料球磨至1.61.9m，最大不超过2.8m。消泡 是消除球磨浆料中含有的大量气泡。为避免在生瓷带中出现针眼，应当用真空泵除去浆料中的气体。操作时可先用慢速(8转分)，再进一步抽真空去气泡。并使其粘度由600cps提高至15001700cps。流延 是将球磨好的浆料用氮气或压缩空气压入料斗，并流延到传送带(钢带或聚酯带)上。可用刮刀控制流延层厚度。并在80120范围内烘干，然后将生瓷带卷在轴上，厚度最小0.1mm。一般为0.25 mm。流延后的生瓷
6、片呈绿色，主要是铬离子的颜色。烧结后将变黑，是多种着色离子相互作用形成复合矿化物的结果。落料 是将流延好的生瓷带裁切或冲成方块，具体大小可根据陶瓷基座的多少而定，一般有160160、200200等，同时打同印刷和叠片使用的定位孔。在基座的生产过程中，由于再生料很多，因此，没印上钨浆的膜片，只要没有污染，均可回收利用。冲孔 是在生瓷片上打0.10.5 mm通孔来连通各层。孔的精度为0.020.05 mm。根据需要也可打方形孔及异型孔。填孔和印刷导电线路 的一个很重要的环节是通过生瓷带通孔来填充、印刷导电浆料，使陶瓷片具有线路导电、内部线路与外部引线连通功能。生产时，填实孔及填孔壁可用薄不锈钢板印
7、刷，薄不锈钢板上制作的孔与所要印刷的位置要一一对应。印刷线路可使用325目不锈钢丝网印刷。干燥 是在丝网印刷后进行烘干，以除去浆料中的有机溶剂，并对印刷图形进行定形。其温度范围为60170，时间为510分钟，一般取8510分钟。叠层 一般是对二层到三层的晶体谐振器和五层的振荡器在烧结前，将印刷好图形和互相连通的生瓷片按照设计好的层次和次序经过喷胶，然后叠加到一起，并在一定的温度和压力下使它们紧密粘结，从而形成完整的多层陶瓷基座胚体。热压 一般是在温度为60120，压力为50300 kgcm2的情况下对陶瓷基座浆料进行压缩。为了控制收缩率(通常为15)，一般将压力控制在150 kgcm2。而且要
8、求定位精确，压力均匀，以保证烧结收缩率的一致性。切割 是将层压好的生瓷片按照要求切割(划痕)成规定尺寸。每板160或256只，如图2所示上下切割(划痕)，但不是将生瓷片切割断，而应使其在中间连接。这样，使每个基座电路互相连接有利于烧结和电镀。排胶 是对溶剂性粘合剂以每小时2545的升温速度升至460后并保温34.5小时。排胶是将有机粘合剂气化和烧除阶段。若排胶不充分，烧结后基板就会起泡、变形或分层。排胶时间一般为810小时。烧结 是在2601200时，将树脂分解以排除粘合剂，并在13501750时使尺寸收缩定型。采用氮气保护烧结可防止金属材料和加热元件不被氧化。操作时，在2801350间，每小
9、时可升温220；而在13501750间，每小时应升温310。最后在1750下保温1小时。然后降温，冷却速度为每小时下降300 。烧结全过程为1416小时。排胶烧结全过程在24小时左右。整平 是对烧结后平整度大于0.02 mm英寸的不合格品进行重新烧结，温度为12501300，该温度可使陶瓷基座变软，然后重新整平。镀镍 是对烧结后成片连接在一起的陶瓷基座进行电镀，电镀时应先镀镍，镀镍层厚度为1.453.8m。冲压密封 是将0.2 mm、0.25 mm厚的可伐板冲成0.5 mm宽的长方形密封框。钎焊 是将Ag72-Cu28焊环套放在基板上，再将冲压密封框放在焊环上进行烧结，以将焊环焊在基座上。钎焊
10、时，一般需要急速升温和急速降温。钎焊过程可采用人工方式，先把石墨块放入陶瓷基座内定位，温度为850。急速升温和急速降温的目的是将焊环快速融化和快速凝固，以避免焊环融化浸入基座内部。电镀 是在生瓷片上镀金，包括密封框及露出印刷有钨浆料的部位(如引线、支架)，镀金厚度为0.51.2m。切断 是将烧结电镀好的基座，按照切割好的线路折断，以形成单个的基座。检测 主要是检验陶瓷基座的尺寸、密度及外观，同时检验各通路的电阻值、导体之间的绝缘电阻。还有很重要一点是检查变形，一般陶瓷基座烧结后沿X，Y轴的收缩均约13，沿Z轴收缩约12。单个基座的翘曲变形应小于0.06 mm。连片的翘曲变形应小于0.5 mm。不合格的陶瓷基座主要包括通孔导电不良造成孤岛电镀(成片镀不上镍和金)、外形尺寸超过规定误差或变形、致密性不良以及氦质普检漏不合格等。包装 是对形成好的陶瓷基座成品进行包装。该产品有两种包装方式。一种是整板真空包装，另一种是真空编带包装。3 结束语我国目前的石英晶体元器件总需求量已达40亿只左右，其中表面贴装产品为15亿只，片式化率占30左右而同期许多欧美发达国家的片式化率已达85。可见，陶瓷基座的国产化工作追在眉睫。因此，本文给出的工艺设计方法对生产陶瓷基座具有一定的指导意义。.精品文档.晶体谐振器陶瓷基座的生产工艺设计