基于杜邦951C2生瓷滤波器的叠层工艺优化

张 峰，贾少雄，张 伟

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

基于杜邦951C2生瓷滤波器的叠层工艺优化

张 峰，贾少雄，张 伟

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

滤波器是射频、微波系统中不可或缺的一类关键部件，主要用来筛选频率信号。针对杜邦951C2生瓷滤波器的叠层工艺展开研究，对叠层工艺过程进行了分析，以叠层对位精度的提高为突破点，运用“头脑风暴法”和“正交实验法”得出了优选的叠片方法和层压工艺参数，通过实验结果验证了工艺方案及参数，有效的提高了杜邦951C2生瓷滤波器叠层工艺质量。

滤波器；生瓷；叠层；优化

滤波器是射频、微波系统中不可或缺的一类关键部件，主要作用是筛选频率信号，通过需要的频率信号并且反射不需要的干扰频率信号。通常滤波器可按频率特性、实现方式、响应函数等进行分类，其经典应用是发射机前端和接收机。

随着无线通信技术的快速发展，射频、微波系统对元器件的性能、可靠性、成本等也提出了越来越高的要求，同时小体积和轻重量也成为了元器件的发展趋势。这也就对元器件的材料选择和制造工艺提出了很高的要求，LTCC作为一种可以实现高密度、高可靠性和小型化的工艺技术很好地解决了上述问题[1]，并且LTCC技术可以制作三维立体的电路结构，同时集成电感、电容等无源器件，易于批量生产。本文主要对基于杜邦951C2生瓷制作某型滤波器的叠层工艺进行了研究，提出了相应的优化方案，通过优化工艺设计来实现滤波器的高质量生产。

1 LTCC制作滤波器流程介绍及问题

LTCC制作滤波器的主要工艺流程[2]，如图1所示。

本文所研究的滤波器按照客户要求封装结构为LC叠层结构，所以要求所用生瓷介质层必须比普通杜邦951PT厚度薄，因此选取杜邦951C2生瓷，其厚度仅为50 μm。整个工艺流程中叠片和等静压环节决定着产品质量的好坏，判定指标为叠层对位精度[3]，按照检验标准要求对位精度应控制在±40 μm以内。

图1 LTCC工艺流程图

按照基于杜邦951PT生瓷制作滤波器的叠片方法，制作了一批滤波器并随机抽检了10个产品进行测量，测量结果如表1所示。

表1 叠层对位精度测量结果

由测量结果可知，叠层对位精度均超过了检验标准的要求值，目前的叠层工艺不适用于杜邦951C2生瓷滤波器，需对该工序进行工艺优化。

2 工艺设计

2.1 方案提出

借鉴以往研制其他材质滤波器的经验，以及对叠层对位精度不合格的样品的剖切，发现问题主要出现在层间分离上，也就是气泡导致的生瓷变形。运用“头脑风暴法”针对叠片过程中影响叠片质量的因素进行分析，整理出了四种工艺方案，分别是KEKO覆膜叠片法、KEKO加辅料叠片法、销钉板脱膜带框叠片法和销钉板带膜叠片法。

2.2 方案选择

将各方案用过程决策程序法(PDPC)综合分析后得出的实施计划。

2.2.1 方案一：销钉板带膜叠片法

在叠片之前的所有工艺保留生瓷片PET膜，按照手工叠片工艺要求进行叠片，采用九孔定位，叠片前需要撕自身PET膜，累计叠十张951C2生瓷，在等静压设备里进行层压，然后在X射线检测仪下，随机抽测5个位置的叠片对位精度，测量结果见表2，结果显示该方案不能满足要求。

表2 方案一叠层对位精度测量结果

2.2.2 方案二：销钉板脱膜带框叠片法

在叠片之前的所有工艺去除生瓷片PET膜，并将生瓷片固定在固定框上，按照手工叠片工艺要求进行叠片，采用九孔定位，将脱膜带框的生瓷，套入九孔销钉板，依次叠片，然后去框。累计叠十张951C2生瓷，在等静压设备里进行层压，然后在X射线检测仪下，随机抽测5个位置的叠片对位精度，测量结果见表3，结果显示该方案不能满足要求。

表3 方案二叠层对位精度测量结果

2.2.3 方案三：KEKO覆膜叠片法

在叠片之前的所有工艺去除生瓷片PET膜，覆微粘膜，在KEKO叠片机上，累计叠十张去除微粘膜的951C2生瓷，并在叠片机上进行层压，然后在X射线检测仪下，随机抽测5个位置的叠片对位精度，测量结果见表4，结果显示该方案不能满足要求。

表4 方案三叠层对位精度测量结果

2.2.4 方案四：KEKO加辅料叠片法

在叠片之前的所有工艺去除生瓷片PET膜，覆微粘膜，采用覆膜半切割方式进行预处理，在KEKO叠片机上，添加辅助叠压的材料进行依次叠压十张去除微粘膜的951C2生瓷，并在叠片机上进行层压，然后在X射线检测仪下，随机抽测5个位置的叠片对位精度，测量结果见表5，结果显示该方案能满足要求。

表5 方案四叠层对位精度测量结果

2.3 参数选择

2.3.1 确定试验因素

挑因数，选位级[4]，通过正交试验法，确定压力、时间以及温度的最优组合，使得叠片层压后的气泡数少于4个。制定因数位级表，详见表6。

表6 因数位级表

2.3.2 试验组合及结果

本次试验有3因素2位级，需进行8次试验，详见表7。

表7 正交实验表

根据表7可知，导致层间分离的主要因素是压力和温度，同时可得出各因数的最佳组合为A2-B2-C2。同时，在X射线检测仪下，随机抽测5个位置的叠层对位精度，测量结果均符合标准要求。

3 结束语

本文研究了基于杜邦951C2生瓷滤波器的叠层工艺，运用“头脑风暴法”设计了四种叠片方法，并通过实验选择了“KEKO加辅料叠片法”进行叠片，同时运用正交试验法对层压工序的工艺参数进行了筛选，优化了层压工艺参数，通过方案和参数的选择，有效提高了叠层对位精度，为今后批量生产杜邦951C2生瓷滤波器提供了技术支持，促进了我所在LTCC技术领域的发展。

[1] 何健锋.LTCC基板制造及控制技术[J].电子工艺技术,2005,26(2):75-81.

[2] 赵飞,党元兰.LTCC电路加工中的关键技术分析[J].电子工艺技术,2013,34(1):7-39.

[3] 唐小平,严英占，张晨曦.提高LTCC叠片精度的工艺研究[J].电子工艺技术,2014，34(4):220-222.

[4] 张伟，秦超，贾少雄.带通滤波器LTCC工艺优化研究[J].电子与封装,2017，17(3):5-9.

Layered Process Optimization Based on the Dupont 951C2 Raw Porcelain Filter

Zhang Feng, Jia Shaoxiong, Zhang Wei

(The2ndResearchInstituteofCETC，TaiyuanShanxi030024,China)

Filter is one of the most important components in RF and microwave systems. Studying on stacking process expand DuPont 951C2 green ceramic filter, the laminated process are analyzed. In order to improve the precision of stack alignment as the breakthrough point, the preferred lamination method and laminating process parameters are obtained using the “brainstorming” and “orthogonal experiment” methods. The experimental results verify the process scheme and parameters, and effectively improve the DuPont 951C2 ceramic filter stack process quality.

filter; porcelain; lamination; optimization

2017-05-10

张 峰(1982- )，男，山西洪洞人，工程师，大学本科，研究方向为电子工艺设备与产品的质量控制与优化改进。

1674- 4578(2017)03- 0040- 02

TN713

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