LTCC智能生產(chǎn)線關鍵技術研究

杜 彬，李姍澤

（中國電子科技集團公司第二研究所，太原 030024）

1 引言

國內(nèi)對于LTCC的應用已經(jīng)有相當長的時間，但目前主要用于軍用領域，例如TR組件和圖像識別模塊等，在民用領域仍然以厚膜混合集成電路為主[1]。國內(nèi)LTCC技術在開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面比發(fā)達國家晚，LTCC生產(chǎn)水平仍處于手工、半自動的階段，因此產(chǎn)品質(zhì)量、批量化生產(chǎn)的一致性與國外水平仍有一定差距[2]。LTCC智能生產(chǎn)線的出現(xiàn)能夠緩解這一局面。

2 LTCC智能生產(chǎn)線

要方向之一[2]。LTCC智能生產(chǎn)線是指在現(xiàn)代傳感技術、網(wǎng)絡技術、自動化技術等先進技術的基礎上，將LTCC生產(chǎn)工藝融入到生產(chǎn)線中，實現(xiàn)設計過程、制造過程智能化，是信息技術和智能技術的深度融合與集成[3]。LTCC生產(chǎn)線典型流程和架構見圖1、圖2。

圖1 LTCC生產(chǎn)線典型流程

智能制造技術無疑是世界制造業(yè)未來發(fā)展的重

圖2 LTCC智能生產(chǎn)線構架

3 智能生產(chǎn)線的關鍵技術

3.1 工藝關鍵技術

智能生產(chǎn)線中LTCC工藝技術是頂層總體設計的基礎，是智能制造生產(chǎn)線設計首先要開展的。它決定了生產(chǎn)線中最重要也是投資最大的硬件，即加工設備的選型，也是智能制造生產(chǎn)線調(diào)度、運行控制的決策依據(jù)，是決定智能制造生產(chǎn)線的節(jié)拍、工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵技術。只有將LTCC基板智能制造工藝這塊“地基”打好，才能使這條智能生產(chǎn)線更好更快更順利地建設起來[2]。

該LTCC智能生產(chǎn)線是基于現(xiàn)已成熟的LTCC半自動化工藝技術（8英寸），研發(fā)出適用于該智能生產(chǎn)線的新工藝技術。主要需改進的工藝有以下幾種。

3.1.1 LTCC智能生產(chǎn)線生瓷片覆膜工藝

覆膜工藝是LTCC智能生產(chǎn)線中首先增加的工藝。本道工藝的加入改變了人工覆膜的不穩(wěn)定、對生瓷片的人工標識等缺陷，保證了生瓷片在加工過程中的完整性，為LTCC后道工序的生產(chǎn)奠定了良好的基礎。

微粘膜與生瓷片相對位置的矯正是保證覆膜質(zhì)量良好的關鍵。因此在設備上我們設計了安裝標志裝置，由于上料位置具有一致性，因此該裝置在一定程度上保證了微粘膜位置的穩(wěn)定性，提高了覆膜的準確率。

3.1.2 LTCC智能生產(chǎn)線生瓷片整平工藝

整平是整個生產(chǎn)線改變最大的工藝。過去的整平工藝是由操作員手工完成，整平質(zhì)量與人員操作技術、熟練程度相關，因此在生產(chǎn)過程中具有較大的不穩(wěn)定性，生瓷片質(zhì)量也隨之會出現(xiàn)較大的波動。整平設備的出現(xiàn)完全改變了依靠人員手感以及局部整平的操作方式，整平工藝有了具體的參數(shù)并使之量化，而且采取了整片刮孔的方式，增加了整平工藝的一致性。

在整平時，設備會預先對生瓷片進行試刮。在此期間，傳感器會對生瓷片進行厚度測量，以此確定刀片的下降量，最后一次性進行整平。這樣既提高了刮片的效率，也保證了成功率。

圖3 刮片系統(tǒng)

3.1.3 LTCC智能生產(chǎn)線疊片工藝

疊片是LTCC生產(chǎn)中由片成版的一道工藝。過去人工疊片采取的是對位孔套銷釘版的方式，幾乎全部由人工操作完成。這種方式不僅會對腔體造成一定程度的破壞，影響生坯的質(zhì)量，有時甚至會使生瓷片直接損壞報廢。而且在疊片過程中采取套銷釘?shù)姆绞?，一旦力度有偏差，會破壞定位孔，影響疊片層間對位精度。

智能生產(chǎn)線中的疊片工藝采取了機械搬運的方式。為了避免掉片，設計了專門的真空吸附夾板，改善了原始的吸嘴吸附對生瓷的精度影響甚至損壞的情況，在疊片對位時采取了CCD獲取定位孔進行疊片精度計算的方式，目前疊片精度可以達到±20 μm。

圖4 真空吸附夾板

3.2 LTCC智能生產(chǎn)線的設備關鍵技術

LTCC智能生產(chǎn)線的最大優(yōu)勢就是極大地減少了人工的干預。該生產(chǎn)線不僅減少了人工成本，也相應減少了人為對生瓷半成品的破壞，保證了生產(chǎn)質(zhì)量。因此，保證半成品的正常流轉以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時上傳是設備的關鍵技術。

3.2.1 智能生產(chǎn)線的自動上下料技術

LTCC智能生產(chǎn)線的自動上下料技術，是產(chǎn)線流暢運轉的“手”。由于生產(chǎn)中需要分別搬運生瓷和托盤，需要吸盤靈活切換。除了程序上要進行精準控制外，吸嘴的設計也是難點之一。增加吸嘴的面積是減小壓強的一種方式，但是面積太大會增加生瓷變形的面積，因此需要掌握平衡點。通過試驗，確定了采取Φ=0.5 mm的吸嘴。

3.2.2 智能生產(chǎn)線的設備聯(lián)動技術

設備之間相互聯(lián)動是生產(chǎn)線的“血管”，因此既要保證生瓷片在運輸過程中的流暢性，更重要的是要保證信號的及時性——當生瓷進入設備時，能夠觸發(fā)設備進行參數(shù)的調(diào)用和調(diào)整。生產(chǎn)線在設計之初考慮到設備之間的信號傳輸，在設備之間加入了掃碼槍對生瓷進行二維碼識別，二維碼在生瓷完成打孔工序后進行噴繪，記錄了生瓷片的工藝參數(shù)。一旦識別了二維碼信息，設備即會調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的工藝參數(shù)進行生產(chǎn)，減少了人工輸入?yún)?shù)的過程，節(jié)約了時間，避免了錯誤的發(fā)生。

圖5 掃碼槍工作

3.2.3 智能生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)傳輸技術

數(shù)據(jù)傳輸是生產(chǎn)線的“神經(jīng)”，負責工藝參數(shù)的下載和反饋，并且使設備調(diào)用該參數(shù)并及時進行反饋。由于在生產(chǎn)時設備都要與數(shù)據(jù)庫進行通訊，數(shù)據(jù)的準確及時傳輸是生產(chǎn)的重要保障。生產(chǎn)線采用雙冗余環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)絡，控制層采用實時安全的工業(yè)控制網(wǎng)絡，不僅能夠滿足實時性要求，還能夠滿足管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆鬏敿夹g采用交換機、全雙工，物理層和數(shù)據(jù)鏈接層，定義報文優(yōu)先級，交換機優(yōu)先轉發(fā)；實行帶寬預留，嚴格路徑定義傳輸；同時預留非實時傳輸時間，以傳輸管理信息。

4 LTCC智能生產(chǎn)線的發(fā)展

LTCC智能生產(chǎn)線不僅是LTCC工藝技術向智能生產(chǎn)化邁進的試驗田，也是LTCC工藝設備向“智能制造”方向發(fā)展的一次探索[4]。目前，該LTCC智能生產(chǎn)線的優(yōu)勢在于減少了人工的參與，降低了人工成本，減少因為人工操作帶來的材料損失；而其尚存的不足在于生產(chǎn)過程中生瓷片質(zhì)量檢測設備的智能化程度不夠以及設備參數(shù)的反饋問題。這些不足不僅對工藝的穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)，要求研究符合LTCC智能生產(chǎn)線的工藝技術，同時對設備制造技術也提出越來越高的要求，使設備向穩(wěn)定性與智能化進一步發(fā)展。

5 總結

LTCC生產(chǎn)線通過一系列的調(diào)試與運行，目前能夠實現(xiàn)基于生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)的實時收集以及設備參數(shù)狀況的及時維護的基礎上，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)以及設備參數(shù)緊密聯(lián)系的數(shù)字化產(chǎn)線，達到生產(chǎn)過程可監(jiān)控、可預見、可優(yōu)化的目的。