CQFJ型陶瓷外殼平面度控制

張惠華

摘 要：介紹CQFJ陶瓷外殼平面度控制的基本原理和控制方法，主要控制方法有流延片均勻度控制、生瓷控制、原材料控制。結(jié)果表明制造該系列陶瓷外殼過程中，為了保證瓷體平面度，從流延工序控制入手，通過調(diào)整生瓷的各層的密度使其收縮率更加接近，通過大、小粒徑氧化鋁配比共同改善產(chǎn)品的平整度。

關(guān)鍵詞：CQFJ 陶瓷外殼 平面度

中圖分類號：TM534 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（a）-0117-02

CQFJ型陶瓷外殼產(chǎn)品是一種四側(cè)J形引腳扁平封裝陶瓷外殼（見圖1），是表面貼裝封裝之一。引腳從封裝4個(gè)側(cè)面引出，向下呈J字形，引腳中心距1.27mm。具有體積小、靈敏度高、集成度高、安裝方便等特點(diǎn)。該系列產(chǎn)品外形尺寸較大（30.23mm×30.23mm），其芯片粘結(jié)區(qū)金屬化面積與密封區(qū)金屬化面積較大，隨著管殼瓷體尺寸加大，平面度控制難度越大，該產(chǎn)品未配有封接環(huán)，采用金錫融封工藝，所以對封接區(qū)的平面度要求更高。

通過工藝實(shí)驗(yàn)，影響平面度的直接因素為燒結(jié)。

生瓷帶在燒結(jié)過程中，影響瓷體燒結(jié)平整度的主要因素包括工藝參數(shù)、流延片上下表面收縮率一致性以及金屬漿料與流延片的匹配度。

1 主要控制方法介紹

1.1 流延片均勻度控制

氧化鋁陶瓷流延是將無機(jī)氧化物、粘結(jié)劑、分散劑、增塑劑等原材料通過球磨混合成成分均一的漿料，再通過流延機(jī)干燥成型。

在流延片成型過程中，有機(jī)溶劑大量揮發(fā)，漿料中的各個(gè)組分由于干燥速率的差異性發(fā)生定向擴(kuò)散，密度大的氧化物顆粒在重力作用下會(huì)向下聚集，干燥更快、密度更小的粉體、有機(jī)物會(huì)更多地存在于流延片上表面。最終導(dǎo)致流延片上下表面由于成分差異性，在燒結(jié)工序由于兩邊的收縮率不一致，最終出現(xiàn)翹曲，影響產(chǎn)品整體的平整度。針對翹曲現(xiàn)象通常通過對燒結(jié)的氣氛及溫度曲線進(jìn)行調(diào)整可以改善。

該系列產(chǎn)品外殼尺寸大，要實(shí)現(xiàn)更高的平面度指標(biāo)，必須從流延片自身的均勻性進(jìn)行改善。

1.1.1 流延片均勻性改善方案

流延成型主要在膜帶上進(jìn)行，流延片在膜片上干燥主要分為兩個(gè)階段：第一階段為恒定速率階段。溶劑從它暴露的表面揮發(fā)。隨著液體體積的損失，這種效應(yīng)伴隨著漿料層在厚度方向的收縮，同時(shí)陶瓷顆粒在層中相互接近，直到固體顆?；ハ嘟佑|以至于進(jìn)一步靠攏變得很困難時(shí)，第一階段才結(jié)束。這一過程包括以下3個(gè)連續(xù)的物理機(jī)制，其中最慢的步驟決定了干燥的速率：（1）漿料內(nèi)部的液體移動(dòng)到表面；（2）表面溶劑揮發(fā)；（3）蒸氣從接近漿料表面的區(qū)域被帶走。這一階段，濕坯的表面總是覆蓋著一層內(nèi)部流出的溶劑，于是蒸發(fā)速率保持一致。液-汽界面與膜表面相重合，且蒸發(fā)速率與暴露平面液體的蒸發(fā)速率相近。第二階段蒸發(fā)速率下降，開始的標(biāo)志是流延膜的重量從成比例的臨界點(diǎn)處發(fā)生偏離。漿料的上表面由于第一階段中溶劑的快速蒸發(fā)而首先成膜，溶劑液面進(jìn)入坯體內(nèi)部，內(nèi)部溶劑的蒸發(fā)不能像表面漿料那樣通過蒸發(fā)過程而失去，而是要先經(jīng)過從內(nèi)部到表面的擴(kuò)散過程，然后氣化，蒸發(fā)到空氣中，因此溶劑蒸發(fā)速度明顯降低，成膜速度就慢很多。由于漿料的干燥過程受多種因素影響，因此漿料在恒速階段的干燥方程與純粹的溶劑揮發(fā)有所不同。

（1）配方優(yōu)化。

原流延配方采用二元共沸體系，共沸溫度為93.6℃，通過在原來二元體系中增加第三組元，降低其共沸溫度。加快流延漿料在第一階段揮發(fā)速率，減少其沉積，增加流延片的均勻性。

（2）設(shè)備改造。

為了保證流延片兩面一致性，需要進(jìn)一步從設(shè)備改造入手，通過在流延機(jī)下部增加溫控加熱裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭抽風(fēng)階段，兩面的溫度相近，干燥速率相近，避免因?yàn)楦稍锏南群髮?dǎo)致的沉積現(xiàn)象，最終提高流延片均勻度。

1.1.2 流延片厚度控制

控制流延片厚度的主要因素包括流延刀頭的控制、流延機(jī)的水平度、穩(wěn)定度。在保證操作流延機(jī)穩(wěn)定的前提下，增加膜片厚度檢驗(yàn)設(shè)備，在流延片生成過程中，對流延膜片進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，確保流延片的厚度均勻一致。目前公司流延片接收標(biāo)準(zhǔn)為±0.02mm，通過流延膜片測厚儀對流延片實(shí)時(shí)測量，精度可以控制在±0.005mm。

通過控制流延片的精度保證瓷體兩個(gè)平面的平整度滿足用戶的使用需求。

1.2 生瓷控制

生瓷層壓控制：生瓷產(chǎn)品燒結(jié)過程中出現(xiàn)翹曲除了和工藝參數(shù)、流延片質(zhì)量有關(guān)，與生瓷密度有著直接的關(guān)系。

該系列CQFJ系列陶瓷外殼擁有上、中、底三層結(jié)構(gòu)，在成品壓的時(shí)候，腔體部位承受的壓力較其他部位存在明顯的差異，該差異性將導(dǎo)致上、中、底片的瓷體密度產(chǎn)生差異，在燒結(jié)時(shí)由于生瓷密度的不一致，產(chǎn)生翹曲的可能。

生瓷密度大的部位，粉體結(jié)合更加致密，燒結(jié)過程中，收縮率?。幌噍^下生瓷密度小的部位粉體間更加疏松，收縮率較大。所以控制各層生瓷密度，保證產(chǎn)品平面度要求的設(shè)計(jì)裝用的層壓工裝，使壓力均勻分布在生瓷帶上，避免因?yàn)槊總€(gè)部位受力不同，重先設(shè)計(jì)工裝，在成品壓之前對各層生瓷進(jìn)行等靜壓，膜片上下各覆蓋一層mylar膜，通過整體式的工裝確保層壓的平整度，生瓷每個(gè)部位都完全受力，生瓷密度達(dá)到一致。

1.3 原材料控制

原材料選用：陶瓷外殼選用的基礎(chǔ)材料是Al2O3陶瓷，而作為Al2O3陶瓷最基本材料是Al2O3粉料。為了生瓷膜帶的致密性，選用平均粒徑為2～5μm與0.4～1.0μm的氧化鋁配合使用，顆粒貌相近似球狀，粒度分布近似正態(tài)分布（平均粒徑為2～5μm以下稱1#粉，0.4～1.0μm以下稱2#粉）。

采用不同配比粉料：試驗(yàn)1號為1#粉比例15%，2#粉比例85%；試驗(yàn)2號為1#粉比例20%，2#粉比例80%；試驗(yàn)3號為1#粉比例25%，2#粉比例75%；試驗(yàn)4號為1#粉比例30%，2#粉比例70%。

不同粒度的氧化鋁粉堆積密度存在差異，燒結(jié)后也存在不同，通過控制粉體的比例，使得收縮率更加致密，滿足產(chǎn)品模具使用需求。

1#流延片顆粒較大，孔隙相比3#、4#流延片也更多；3#流延片由于細(xì)顆粒的加入填充了部分孔隙，最為致密；4#流延片細(xì)可以較多，孔隙率大于3#流延片。

選擇合適粒徑配比的粉料可以提高燒結(jié)致密度降低流延片的孔隙率，瓷體更加細(xì)膩，一定程度地改善因?yàn)榉哿细鞣轿皇湛s不一致而導(dǎo)致的翹曲現(xiàn)象。

2 結(jié)語

綜上，在制造該系列陶瓷外殼過程中，為了保證瓷體平面度，從流延工序控制入手，通過調(diào)整生瓷的各層的密度使其收縮率更加接近，通過大、小粒徑氧化鋁配比共同改善產(chǎn)品的平整度。

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