基于生瓷片覆膜機(jī)的覆膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝研究

王佳利， 田 雨

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

低溫共燒陶瓷（LowTemperature Cofired Ceramic,LTCC）技術(shù)以其集成密度高和高頻特性好等優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特性，成為目前電子元件集成化的主流方式，被廣泛應(yīng)用于電子、通訊、航空航天、汽車、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療等領(lǐng)域。

生瓷片印刷工藝作為L(zhǎng)TCC 生產(chǎn)工藝流程中的重要環(huán)節(jié)之一，在生瓷片打孔和印刷工藝之間，為了防止印刷的時(shí)候生瓷片產(chǎn)生較大的變形，應(yīng)用覆膜機(jī)給生瓷片貼覆一層保護(hù)膜的工藝。

1 覆膜機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 覆膜揭膜機(jī)布局圖

如圖1 所示，覆膜揭膜機(jī)主要由上料機(jī)構(gòu)、移載機(jī)構(gòu)、撕膜機(jī)構(gòu)、鋼輥黏塵機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、覆膜機(jī)構(gòu)、卷膜機(jī)構(gòu)、裁膜拉膜機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)組成一個(gè)整體。此設(shè)備前段是環(huán)島機(jī)械手，將沖完孔的生瓷片放置到上料平臺(tái)進(jìn)行機(jī)械定位，然后經(jīng)過移載機(jī)構(gòu)、撕膜機(jī)構(gòu)將前工序所覆薄膜撕掉并通過鋼輥黏塵機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品表面的瓷渣去除，再經(jīng)過翻轉(zhuǎn)、中轉(zhuǎn)將生瓷片吸附到覆膜平臺(tái)，待拉膜機(jī)構(gòu)、卷膜機(jī)構(gòu)、裁膜機(jī)構(gòu)將需要覆的膜裁好之后，貼膜部件將生瓷片與膜貼合，通過下料部件將覆膜以后的產(chǎn)品運(yùn)送到下料位進(jìn)行后續(xù)的印刷工藝。

2 覆膜部件設(shè)計(jì)

覆膜部件是覆膜機(jī)的核心部分，如圖2 所示，主要包括前端拉帶部件、膠輥部件、后端拉帶部件、夾帶部件、裁膜部件、卷膜部件。其主要功能是完成膜的裁切、對(duì)位和貼覆功能。

圖2 覆膜部件

其中，前端拉帶（下頁(yè)圖3）部件水平方向由模組跟導(dǎo)軌組成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，夾帶的松緊是由上下兩個(gè)氣缸跟導(dǎo)向軸組成的夾緊機(jī)構(gòu)；膠輥部件是（下頁(yè)圖4）由模組運(yùn)動(dòng)的水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)Z 向氣缸跟導(dǎo)向軸、直線軸承組成的升降機(jī)構(gòu)，其中包含調(diào)平設(shè)計(jì)；后端拉帶部件（下頁(yè)圖5）水平方向由電缸控制，上下夾帶也是由上下兩個(gè)氣缸跟導(dǎo)向軸組成的夾緊機(jī)構(gòu)；裁切機(jī)構(gòu)（下頁(yè)圖6）由Y 向的模組帶著裝刀夾具進(jìn)行往復(fù)裁切動(dòng)作；夾帶部件（下頁(yè)圖6）是由兩套上下夾緊氣缸、直線軸承和導(dǎo)向軸組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別控制左右夾帶板的夾緊；卷膜部件由一個(gè)氣脹軸和兩個(gè)導(dǎo)向輥組件組成[1-2]。

圖3 前端拉帶

圖4 膠輥部件

圖5 后端拉帶

圖6 裁切、夾帶部件

整個(gè)貼膜部件工作原理首先將膜卷固定到氣脹軸上，將膜通過導(dǎo)向輥組件拉到夾帶部件夾板下方，右邊夾緊板將膜夾住，左邊夾板松開。前端夾帶伸進(jìn)夾帶部件的左邊夾緊板，夾緊膜以后，電器驅(qū)動(dòng)把膜拉出符合生瓷片尺寸的距離。將夾帶部件左邊夾帶夾緊，裁膜電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀片將膜裁開。然后，前端拉帶、膠輥部件、后端拉帶同時(shí)以合適的速度往同一方向進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，至貼膜位置，膠輥上下氣缸上升，電器驅(qū)動(dòng)模組完成貼覆工作。為了防止夾板破壞膜產(chǎn)品，各個(gè)夾膜輥表面都需要貼膜防靜電膠帶，夾帶板需要貼覆防靜電海綿。

3 覆膜工藝研究

覆膜是否合格的主要檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)就是看覆膜前后，生瓷片尺寸是否保持穩(wěn)定。本覆膜機(jī)構(gòu)的覆膜工藝如圖7 所示，生瓷片跟膜對(duì)位之后，膠輥從覆膜中心升起，首先完成左邊膜的貼覆，然后完成右邊膜的貼覆。整個(gè)貼覆工藝的關(guān)鍵點(diǎn)在于貼覆膠輥的膠層硬度和貼覆壓力的選擇。每片生瓷片四個(gè)角有4 個(gè)定位孔，選取不同硬度的膠輥和不同的貼覆壓力進(jìn)行貼覆實(shí)驗(yàn)，并對(duì)貼覆之后生瓷片四個(gè)定位孔間距

圖7 貼膜工藝

A、B、C、D 四個(gè)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，如表1、表2。

表1 40D 膠輥在不同貼覆壓力下的貼合尺寸

表2 0.11 MPa 壓力下不同硬度膠輥的貼合尺寸

由表1 發(fā)現(xiàn)，貼覆壓力越低，覆膜后生瓷片的變形越小，故而將覆膜壓力設(shè)在能將膠輥升起的最低壓力0.11 MPa。然而，ΔB、ΔD 兩個(gè)尺寸還是無法滿足工藝需求。

由表2 得知，越低的膠輥硬度貼合，生瓷片的變形就越小，能控制在10 μm之內(nèi)，可以滿足工藝需求。

4 結(jié)語(yǔ)

未來，隨著LTCC 的快速發(fā)展，覆膜技術(shù)作為介于打孔與印刷中間工藝將會(huì)在高精度工藝要求中成為不可或缺的工藝。