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1、晶 体 谐 振 器 陶 瓷 基 座 的 生 产 工 艺 设 计http:/ 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 4 6 只 。 这 些 产 品 的 年 增 长 率 均 在 10 50 。 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
2、 (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 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
3、 要 成 分 为 氧 化 铝 (Al2O3)， 主 要 使 用 日 本 京 瓷 A440， 90 含 量 ， 密 度 ： 3.6g cm3，电 阻 系 数 (20 )1014 m、 抗 压 强 度 ： 300 Mpa、 电 介 强 度 ： 10 kV mm。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 1600 1850 左 右 。 低 温 陶 瓷 一 般 为 玻 璃 -陶 瓷 系 列 ， 主 要 有 45 PbO-硼 硅 玻 璃+55 Al2O3、 60 Ca
4、O-Al2O3-硼 硅 玻 璃 +40 Al2O3 等 ， 烧 结 温 度 在 800 900 左 右 。高 温 陶 瓷 烧 结 的 收 缩 稳 定 性 比 低 温 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
5、 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
6、 用 作 陶 瓷 基 座 的 内 部 导 线 和 外 部 引 线 。 金 属 导 体 浆 料 的 主 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 ，
7、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 6 12 小 时 ， 即 可
8、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 1.6 1.9 m， 最 大 不 超 过 2.8 m。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
9、一 步 抽 真 空 去 气 泡 。 并 使 其 粘 度 由 600cps 提 高 至1500 1700cps。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 80 120 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 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
10、 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 0.1 0.5 mm 通 孔 来 连 通 各 层 。 孔 的 精 度 为 0.02
11、 0.05 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 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
12、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60 170 ， 时 间 为 5 10 分 钟 ， 一 般 取 85 10 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
13、层 陶 瓷 基 座 胚 体 。热 压 一 般 是 在 温 度 为 60 120 ， 压 力 为 50 300 kg cm2 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 kg cm2。 而 且 要 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
14、 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 25 45 的 升 温 速 度 升 至 460 后 并 保 温 3 4.5 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8 10 小 时 。烧 结 是 在 260 1200 时 ， 将 树 脂 分 解 以 排 除 粘 合 剂 ，
15、并 在 1350 1750 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 280 1350 间 ， 每 小 时 可 升 温220 ； 而 在 1350 1750 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 14 16 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
16、 英 寸 的 不 合 格 品 进 行 重 新 烧 结 ， 温 度 为 1250 1300 ， 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1.45 3.8 m。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 时
