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1、LTCC教育訓練資料 Low-Temperature Co-fired Ceramics 低溫共燒陶瓷,何謂LTCC?,定義: LTCC係 Low-Temperature Cofired Ceramics 英文縮寫。中文意思是:低溫共燒陶瓷。 LTCC係以陶瓷材料作為電路的介電層，將低容值電容、電阻、阻抗轉換器、濾波器(filter)、偶合器(coupler)等被動元件內埋入多層陶瓷基板中，應用金、銀、銅等金屬當作內外層電極、以平行印刷模式塗佈電路，於攝氏850900C 的燒結爐中燒結而成陶瓷元件或基板。,Confidential,LTCC的優點與應用,優點: LTCC產品有低介電常數，低介電
2、損失，高頻特性良好的特點，適用於高頻電路.可內埋被動元件具有省空間、降低成本的優點。且陶瓷與矽的材質極接近，適合與IC晶片連接。 應用: 目前LTCC技術的主要應用市場是在體積輕薄短小的可攜式產品上，是無線通訊模組的技術趨勢。在未來消費性電子產品輕薄短小的趨勢下，低溫共燒電子陶瓷(LTCC)製程與應用將會更廣泛。,Confidential,LTCC基板的剖面結構如下圖所示:,LTCC基板結構圖,Confidential,燒結前,燒結後,燒結前,燒結後,Alumina Sheet,Confidential,無收縮製程於Green sheets最外層加Alumina sheets.控制X,Y方向收
3、縮.,無收縮製程,收縮製程,收縮製程與無收縮製程,資料提供:MKE,X,Y,Z 各收縮1520%,只有Z收縮約40%,Confidential,燒結前 無收縮製程 NS-LTCC：100mm 6x6=36Modules (Part Size：15mm ) 傳統製程 LTCC：100mm 5x5=25Modules (Part Size：17.3mm ),燒結後 無收縮製程 NS-LTCC：100mm 6x6=36Modules (Part Size：15mm) 無收縮製程 LTCC：85mm 5x5=25Modules (Part Size：15mm),無收縮製程NS-LTCC,傳統製程 LT
4、CC,收縮率 ：99.8%,收縮率 ：約85%,無收縮製程 NS-LTCC 可獲得比較多的產量(模組數).,基板有效使用面積比較,資料提供:MKE,Confidential,0.12,無收縮製程 NS-LTCC,（）,（）,無收縮製程NS-LTCC有低收縮率及低誤差的優點,收縮製程LTCC,0.05,15,0.5,+/-,+/-,收縮率,誤差,無收縮製程優點,資料提供:MKE,Confidential,LTCC製程流程圖,低溫陶瓷粉末+ 有機/無機添加劑,漿料,刮刀成型,Green sheet,Via/Inner Paste,Functional Phase /Binder/Vehicle,M
5、ixing,Paste production,LTCC基板製造流程,Confidential,Green sheet簡介,定義: Green sheet 係未燒成前的生胚(陶瓷薄片).通常製作成帶狀或裁切成片. 主要成分: 就目前所使用的MLS-1000 Green sheet而言.主要成分是玻璃粉.氧化鋁粉.壓克力樹脂及添加特定的黏結劑及有機/無機溶劑.,Confidential,Green sheet簡介,製程流程: 使用球模機將原料混合攪拌成漿料.然後用刮刀成型機刮成不同厚度的Green sheet同時貼附PET film 作為保護支撐. 最後裁切成客戶指定的尺寸. 尺寸規格: 目前量產
6、的LSCR6001&5970系列產品所使用的green sheet (LSZECN 175AB)規格為126mm(長)* 126mm(寬)*175um(厚).用來支撐Green sheet的PET film約為70um.Total約245um.,Confidential,NC Puncher簡介,NC puncher:使用沖床原理.用指定尺寸的 pin & die將green sheet打穿.(Pin & Die規格:0.13.0mm) 優點:孔徑準確. 缺點:作業速度慢.耗材昂貴.,Confidential,Laser Puncher簡介,Laser puncher:使用雷射光束將green
7、 sheet 燒穿.(孔徑較大者必須使用環繞方式作業). 優點:速度快.耗材少. 缺點:孔徑有Taper問題.精確度較NC差.以光熱能燃燒方式作業.容易產生異物.,雷射打孔切片寫真,Confidential,Mitsubishi雷射打孔機系統構造,資料提供:新武機械,Confidential,Mitsubishi雷射打孔機掃描方式,資料提供:新武機械,Confidential,Via printing 填孔印刷工程簡介,目的:將Via Paste (DuPont 6418)填入 via hole中.作為層與層之間電路相連接的垂直電路.作業方式如下圖所示:,Porous table多孔台板,Sp
8、ecial paper,DB squeegee,Via paste DuPont 6418,Vacuum 真空吸引,Metal mask 印刷鋼版,DB squeegee DB50,Confidential,Via filling 填孔印刷工程要點,製程要點: 印刷時,必須每印1片,就更換special paper.因為via paste會透過via hole沾附於special paper上. 若沒更換. 會污染下一張 green sheet. Green sheet擺放方向:印刷時PET film朝上.印完後,拿取動作必須注意.避免Green sheet 回黏到Special paper
9、造成雙影. 置放時間:印刷後3小時內進行乾燥工程. 乾燥條件: 60C 5C 35 5分鐘 堆疊前Green sheet應避免放至於空調送風口.或長時間暴露於流通的空氣中.以免導體發生氧化作用.(變色),Confidential,Inner printing內層印刷工程簡介,內層印刷項目:內層導體/介電體/側面電極/保護體.等印刷. 製程要點: 整面佈滿的線路層(例:L4,L14).印刷中停滯時間不可太久.否則網板上的paste容易蔓延開來造成短路或間距不足. 置放時間:印刷後3小時內進行乾燥工程. 乾燥條件: 60C 5C 35 5分鐘 堆疊前Green sheet應避免放至於空調送風口.或
10、長時間暴露於流通的空氣中.以免導體發生氧化作用.(變色),Micro squeegee B70,Confidential,Pre-lamination 預壓工程簡介,堆疊:以2.0mm 孔套於堆疊定位pin上作為定位.並以0.5mm 孔作為疊層對位基準,將內層依序疊合起來. 預壓:預熱85 5C.以6kg/cm壓力進行預壓(持壓15秒).目的在確保堆疊完成的green sheet在脫離堆疊治具後,不會散開或疊層偏移.,Confidential,Pre-cutting預切工程簡介,目的: 預壓後將Green sheets 與 alumina sheets的四邊切齊.以確保產品壓合時.不會因Gre
11、en sheets參差過大而無法放入壓合治具. 預切尺寸過大容易造成基板內縮.太小則容易造成基板外擴.),Confidential,Lamination壓合工程簡介,壓合製程流程: 將預壓完成的Green sheet 逐段預熱加熱至85 5C使其軟化並增加黏性.以155kg/cm壓力加壓持壓2分鐘.將Alumina sheets與Green sheets緊密壓實.壓合完成後冷卻降溫至40C以下,使治具不燙手易於作業,且降溫後使產品硬化不易變形.,自動壓合機流程,Confidential,Lamination壓合工程簡介,影響壓合結果的因素: 加熱(產品)溫度. 壓合壓力,持壓時間. 治具尺寸,
12、預切尺寸. 治具平面度, 壓合模具平行度與平面度.,壓合治具與產品擺放作業標準,Confidential,上圖是信通量產使用之green sheet(175AA)與 alumina sheet(300AA)的溫度重量關係曲線. 溫度上升至150C時.材料重量有些微下降.此時乃部分揮發性溶劑開始排出. 300C400C之間重量急速下降.顯示此時有大量的有機無機溶劑被排出. 400C 以上則重量變化趨於緩和. 脫脂工程參考TG曲線及Via & inner paste 特性作成 Burnout profile.,Green sheet TG 曲線圖,資料提供:NEG,Confidential,脫脂工
13、程要點: 溫度曲線 Temperature profile (27hours burnout profile :如下圖) 排氣流量 air flow (3.6M/sec) 產品擺放位置.,將TG曲線變化最劇烈的升溫區段時間拉長. 降低溶劑瞬間大量排出對產品的衝擊 (Via void氣孔.板彎.破裂等等),Burnout 脫脂工程要點,資料提供:MKE,Confidential,Sintering 基板燒結工程簡介,目的:基板經脫脂工程將有機&無機添加劑排出後.升溫至900 並持溫15分鐘,使基板中玻璃.氧化鋁.paste等等進行共燒(Co-fired)結合. 溫度曲線:下圖是目前信通量產所使用
14、的燒結溫度曲線.,資料提供:MKE,Confidential,Alumina removing 水洗工程簡介,目的:將(Alumina sheet) 氧化鋁層以噴沙水洗方式去除. (前面提到過,使用氧化鋁層(Alumina sheet)目的是在控制收縮,所以脫脂燒結後. Alumina sheet便已功成身退,必須將其洗淨以便進行外層印刷.) 水洗工程要點: 氧化鋁漿濃度 Slurry concentration (120130g/100CC) 輸送帶速度Conveyer speed 搖擺速度Swing speed 噴槍壓力Pressure (46Mpa) 噴槍高度Gap(45 Cm) 品質重
15、點:外觀及基板厚度 (1.34 0.1mm),Confidential,Scriber 外形切割工程簡介,目的:脫脂燒成後,板邊容易產生彎翹現象.將此部分切除以利外層印刷.(Scriber 使用鑽石刀片在基板上畫線.破壞基板表面結構.並非切斷.) 下圖為Scriber程式分段設定說明:,A,B,C,D,E,F,118mm,+0.5,0,-0.1,0,0,-1.5,1,2,-2,-1,0,+1.5,1.34mm,Confidential,Scriber切割尺寸標準,Confidential,Top printing 外層印刷簡介,外層印刷泛指印在基板表層的導體或非導體.依功能性大致可分為下列幾種: 導體:一般使用金.銀.銅 Paste為主.基板分為元件面Component side(上層:一般以印刷SMD PAD或線路為主) 及焊錫面Solder side(下層:一般以印刷BGA或線路為主). 誘電體:一般以黑色絕緣paste為主.主要功能是作為一些 SMT.O/S tester 或其他後處理製程對位點的底色記號. 防焊層(over-coat glass):一般以綠色絕緣paste為主.主要功能是防止銲錫時,兩個相鄰的電路形成錫橋(Bridge)導致
