基于FerroA6M的T/R組件L波段工藝技術研究

黃旭蘭，賈少雄，田 亮

（中國電子科技集團公司第二研究所，太原 030024）

基于FerroA6M的T/R組件L波段工藝技術研究

黃旭蘭，賈少雄，田 亮

（中國電子科技集團公司第二研究所，太原 030024）

根據(jù)目前市場對T/R組件高可靠性的要求，采用Ferro材料制作T/R組件。根據(jù)產(chǎn)品要達到的各方面性能，研究適合它的LTCC工藝。首先對T/R組件工藝技術的研究分成兩輪實驗，分別采用金漿和銀漿漿料系統(tǒng)，每道工序做細致的實驗。實驗結果顯示層壓后出現(xiàn)分層，燒結完后產(chǎn)品翹曲，效果不佳。然后通過改進工藝技術，尤其是疊片工藝的改進，得到了良好的效果，各方面指標達到產(chǎn)品要求，找到了適合Ferro材料的LTCC工藝。

LTCC；T/R組件；工藝技術；Ferro材料

1 引言

低溫共燒陶瓷（LTCC）技術就是將低溫燒結陶瓷粉經(jīng)過流延制成厚度精確且致密的生瓷帶，作為電路基本材料，在生瓷帶上打孔、微孔填充、印刷、疊片以及層壓等工藝制出所要的電路圖形，并將多個無源器件埋入其中，然后疊壓在一起燒結后制成三維電路網(wǎng)絡的無源集成組件[1]。

隨著雷達技術的發(fā)展，有源相控陣雷達成為主流，而其核心則是T/R組件，通常每部雷達含有成千上萬只T/R組件。T/R組件基本構成是相同的，主要是由功率放大器、驅(qū)動放大器、T/R開關、移相器、限幅器、低噪聲放大器、環(huán)流器等組成[2]。近年來，隨著裝備壽命要求越來越高、場合環(huán)境越來越苛刻，多通道集成化、小型化、高可靠性成為T/R組件的重要發(fā)展趨勢。

本文根據(jù)T/R組件高可靠性的要求，采用Ferro材料制作基板，設計出工藝流程，并不斷改進各道工藝技術，尤其是疊片工藝的改進起到很關鍵的作用。

2 FerroA6M材料的特性及匹配漿料系統(tǒng)

典型的燒結物理特性[3]包括：

熱膨脹系數(shù)：7×10-6℃-1；

生帶收縮率：X,Y 15.1±0.3%；Z 24.0±0.3%；

燒結密度：>2.45 g·cm-3；

抗彎強度：170 MPa；

楊氏模量：92 GPa；

剪切模量：32 GPa；

導熱系數(shù)：2 W/（m·K）；

導熱系數(shù)（散熱通孔）：50 W/（m·K）。

漿料系統(tǒng)[3]如表1、表2所示。

表1 全金導體漿料

表2 全銀導體漿料

3 T/R組件L波段工藝技術過程研究

3.1 LTCC技術工藝流程

LTCC技術的工藝流程如圖1所示。

3.2 T/R組件工藝技術實驗過程

此次實驗過程分兩輪。

3.2.1 第一輪銀漿實驗

（1）打孔工藝

考慮生瓷片收縮會影響后面的工序，在70 ℃、10 min條件下對生瓷片進行預處理。

（2）填孔

分別用鋼網(wǎng)印刷填孔和掩模板微孔填充兩種方法做實驗，結果顯示后者效果較好，因此填孔工藝采用微孔填充方法。

（3）印刷

這道工序主要問題在于有較多空腔的層且是大面積印刷，由于空腔影響印刷臺真空吸附生瓷片，導致印刷完后生瓷片粘附到網(wǎng)版上很難取下來，印刷結果如圖2所示。

圖1 LTCC工藝流程

圖2 印刷后的生瓷效果

對于這種問題，經(jīng)過試驗采用先打孔（不打空腔）、填充、印刷大面積最后返回來通過對打孔機二次對位打空腔的方法來解決，效果良好。印刷過程還包括各種參數(shù)調(diào)整（印刷速度、工作臺和網(wǎng)版距離即離網(wǎng)高度、回墨刀速度、壓強等的調(diào)整），在實驗過程中都是非常重要的。

（4）疊片

針對Ferro材料的特性采取合適的方法。首先是疊片機用的AB面膠疊片完烘烤后膠片與生瓷片難分離的問題。通過在疊片之前對膠片在100 ℃和120 ℃下分別烘烤17 min以減小粘性的方法加以解決。實驗結果顯示120 ℃烘烤效果比100 ℃好，因此在疊片之前對膠片在120 ℃溫度下進行烘烤。疊片過程的另一個問題是層與層之間結合不緊密，致使疊片后層與層又分開，影響對位精度，對于這一問題采用點膠水的方法加以解決。

（5）層壓

首先用21 MPa壓力層壓8 min，在70 ℃溫度下預熱4 min，層壓最上層放硅膠模，實驗結果有分層出現(xiàn)。然后將預熱時間從4 min改為10 min，溫度和壓力保持不變，再次層壓效果良好。層壓結果如圖3所示。

圖3 層壓后的產(chǎn)品

考慮13層和12層在一張生瓷片上正反印刷，13層大面積粘附網(wǎng)版上的漿料，不好撕下來，采用在層壓完再印刷的方法。印刷時由于層壓完定位孔放大，會使對位精度受到影響。但由于印刷面積較大，采用這種方法對印刷精度影響較小，因此是可行的。

（6）燒結

在溫度曲線過程中，對850 ℃溫度保持時間由15 min調(diào)整為10 min，燒結出來效果不佳，翹曲仍存在，考慮燒結用的承載板不適合Ferro材料，有待改進。燒結曲線如圖4所示。

圖4 Ferro材料的燒結曲線

燒結完后的實驗產(chǎn)品如圖5所示。

圖5 燒結完后的產(chǎn)品

3.2.2 第二輪金漿實驗

第二輪金漿實驗同上述銀漿工藝過程類似，取3個做完后的樣品燒結，燒結完后出現(xiàn)分層，效果不佳。

3.3 工藝過程改進

打孔工藝：采用脫模打孔。

填孔：針對生瓷片已無模的情況，采用鋼網(wǎng)印刷效果良好。

疊片：改進之前的疊片方法，采用銷釘板定位使每層疊壓在一起，層壓完效果良好。

實驗結果如圖6所示。

圖6 改進后的實驗產(chǎn)品

從圖6中可以看出最后實驗產(chǎn)品空腔效果好，無分層，無翹曲。

4 小結

本文通過對T/R組件實驗產(chǎn)品進行一系列工藝研究，發(fā)現(xiàn)實驗過程中存在的工藝問題，對其不斷改進以達到產(chǎn)品要求。在整個工藝改進過程中尤其是疊片工藝采用銷釘板定位后并層壓，得到良好效果。針對Ferro材料的特性，找到適合它的工藝技術。

[1] 楊邦朝，付賢民，胡永達. 低溫共燒陶瓷技術新進展[J]. 電子元件與材料，2008, 27（6）: 1-5.

[2] LTCC Technology For Microelectroncs [M]. CYETD Publication, 2002.

[3] LTCC A6 System For Wireless Solutions [M]. FERRO ELECTRONIC MATERIALS, 2002.

Technology Research of T/R Component of L Band Based on FerroA6M

HUANG Xulan, JIA Shaoxiong, TIAN Liang
（China Electronics Technology Group Corporation No.2 Research Institute, Taiyuan 030024, China）

According to requirements of high reliability of the current market of T/R components, the article uses Ferro material to make T/R components. According to the performance of various aspects of products achieved, the article researches for LTCC technology matched. First, research of T/R component technology is divided into two rounds of experiments, using respectively gold and silver slurry system, each process need to do meticulous experiment. The results of experimental show the delamination occurred after lamination, the products bring warping after firing, and the effect is poor. Then Process technology is improved, especially the improvement of lamination technology, the experimental products obtain good results and the indicators have reached the requirement of the product, found the LTCC process of Ferro material.

LTCC; T/R component; technology; Ferro material

TN305

A

1681-1070（2015）07-0041-03

黃旭蘭（1986—），女，山西人，助理工程師，長期從事LTCC工藝技術研究。

2015-03-04