产品的命中率是我公司目前比较头痛的问题之一,而对流延膜片的控制能力是解决该问题的重要环节。一般来讲,对于流延膜片的主控因素有:分散性、均匀性、外观、厚度与重量、透气率、弹性与PET膜的附着力等。即不但要保证膜片颗粒分布均匀致密,外观良好,厚度一致,还要为后续的印叠切割提供合适的弹性与透气性。
目前的工序操作指示关于分散性、均匀性、外观、厚度等已经有明确的检测手段与标准,这里不再赘述。对于公司开发成熟的AD342N-A5配方和AD143N-A6配方的部分流延数据记录统计,可以看到通过一些工艺参数范围标准的设定是能够起到一定的控制与参考作用的。
AD342N-A5配方部分数据统计
粘度s(20℃) 平均膜厚 密度 失重率 备注
20.4 13.9 3.31 4.75% ok 20.5 13.9 3.26 4.68% ok 20.5 13.9 3.24 4.69% ok 20.6 13.9 3.30 4.06% ok 18.4 13.8 3.30 3.82% ok 18.7 13.9 3.31 4.02% ok 18.6 13.9 3.26 3.74% ok 18.4 19.0 3.37 4.27% ok 19.1 19.1 3.33 4.12% ok 11.8 19.0 3.22 3.97% 较多气泡 18.7 19.1 3.30 4.35% ok
AD143N-A6配方部分数据统计
粘度s(20℃) 平均膜厚 密度 失重率 备注
17.9 20.1 3.24 3.90% ok 18.2 20.9 3.13 4.57% ok 11.4 20.8 3.15 2.86% 有横条纹路 18.0 20.5 3.22 4.78% ok 20.1 20.3 3.23 4.02% ok 18.1 20.9 3.13 5.02% ok
从上面的统计数据可以看出,对于非常稳定的成功配方来讲,浆料的各项参数有一个稳定的分布区间,超过了该区间则容易出现问题;特别从AD342N浆料的数据来看,流薄膜与流厚膜其密度与失重率变化很小,浆料的分散与涂布流平性非常稳定,这可以算是成功配方的典型特点。下面是部分G2配方的流延统计数据。
G2瓷粉Tn配方部分数据统计
粘度s(20℃) 平均膜厚 密度 失重率 备注
15.7 5.7 3.37 4.11% ok 15.0 5.6 3.39 3.19% ok 14.3 11.1 3.19 3.65% ok 14.5 11.1 3.50 / ok 14.5 11.2 3.40 3.62% ok
厚度不均
29.8 12.8 4.50 3.98% 白点较多 G2瓷粉Tp配方部分数据统计 粘度s(20℃) 平均膜厚 密度 失重率 备注
15.4 7.9 3.46 3.69% ok 15.4 7.9 3.45 / ok 15.4 12.1 3.59 / ok 14.3 24.8 3.49 4.93% ok 15.3 19.8 3.31 3.17% 气泡较多 上面表中的备注“ok”是指流延过程通过,并不包括后续工艺的情况。从表中数据可以看出, G2
瓷料上述两配方的相关性与稳定性还算可以,配方的设计虽然不在最佳点(后工序存在部分问题,比如耐焊开裂等),但也并非是在临界点,在该基础上进行改进应该可以比较快的逼近期望值(后续工艺亦稳定可行,该稳定甚至包括暴露问题的点的一致性)。
对于浆料粒度检测,膜片密度与失重率已经有了相关测试方法,有了初步的数据积累;但对于弹性和透气性还没有相关的检测。透气性对于印叠与切割都有重要指示作用,如果膜片透气性不好,叠层后的膜片中挥发性气体找不到空隙排出就会在表面引起气泡现象,或者气体量少在叠层不是很明显但在切割时却会引起分层,这都是由于透气性不足造成的后果。膜片的弹性太差,即塑性不够,质脆易引起切割侧裂;弹性太大,又容易透气性不好或者机械强度太低,给印叠带来操作上的困难。目前,公司在该方面是通过工程师以及操作人员的经验来确定,缺乏相应的监控手段。 2.3 流延异常情况处理
(1)流延膜片厚度波动或偏差
当流延过程中出现厚度波动时请检查气压是否稳定定、干燥性是否够干且稳定,分析是否发生瓷浆沉淀或参数设置不够合理。若出现气压不稳定则检查连接流延管两端的密封性及气源;若干燥不稳定则重新调整抽风与温度、速度配合使干燥稳定;若因瓷浆发生沉淀造成厚度波动时则采取边搅拌边流延进行方式进行,而参数设置不当时可重新在工艺范围内进行调整。
当流延膜厚不能达标时请对PET膜平整度、流延头安装情况及工艺参数设置情况进行检查。若因PET膜质量问题影响厚度,则及时停止使用该卷PET膜,另更换一卷再流延;若检查确认为流延头安装问题则重新拆装流延头后再流延;若工艺参数设置不当影响厚度波动时则适当调整工艺参数;若在调整时在工艺范围内不能满足而超出范围能满足时视实际情况而定,是继续流延,还是加料返磨。当流延膜厚波动较大或不能达标时请检查瓷浆粘度是否发生较大波动,同时对分散性(瓷粉粒子分散)进行重新确认。
(2)在膜片同一位置出现反复性白点或痕印
在流延过程中若寻在膜片的同一位置出现反复性白点或痕印时则请确认涂布轴的卫生并及时用一张干净的无尘纸(注意用无尘纸正面)用手轻轻捏着无尘纸在出现白点的相对位置按住,用力不要过大,只要把白点擦掉即可。
在流延过程中若寻在膜片同一位置白点或痕印时请观察涂布轴上是否粘附有瓷浆有则用无尘纸及小量无水乙醇在对应位置擦干净。注意能不用无水乙醇的尽量不用(主要是因为粘溶剂擦涂布轴后未能及时干燥会带来其它问题)。
(3)在流延时膜片出现雨点状(类似气泡线状)
若在流延时膜片出现雨点状现象请及时调整抽风,出现这类现象一般是由于抽风量过大或干燥过快引起的,尤其是干燥区3的抽风量过大时很容易引发雨点状,调整时要注意温度、抽风与速度配合既要确保外观质量也要确保瓷膜干燥性。 (4)膜片出现针孔、气泡时的处理
当流延膜片出现针孔或气泡时首先要判断针孔、气泡是属于杂质型的还是溶剂型的,若是杂质型的可重新过滤解决,而溶剂型的则要通过工艺处理。 (5)膜片出现线条时的处理
膜片出现白线条时可能是杂质线或因供给量不足(或压力问题)而引致的线条。如果出现的线条为杂质线则需擦洗流延头的位置;若较多的出现杂质线要把瓷浆重新过滤后流延,如果是因供给量不是(或压力问题)引致出现线条则适当调整供给量与压力,调整时要注意厚度。 2.4 GT-153瓷料配流遇到的问题分析
G1瓷粉做为目前开发的Y5V型新材料,对降低产品成本、提高性能、丰富产品系列都有很重要的意义。但在试验过程中,前工序尚且通过不了,主要问题为:砂磨过程中分散效果差,有团聚;切割侧裂。以下是已经试验过的三个G1配方与相关数据。
(1)G1050301T3配方
A步:瓷粉 5000g B步:甲苯 500g 甲苯 1300g 无水乙醇400g 无水乙醇900g F518N 1900g KD-1 25g DOP 60g DC350 1.5 g 流延5.8~6.1,在A步加料后就发生团聚,分散困难。
(2)G1050302T5配方
A步:瓷粉 5000g B步:甲苯 700g 甲苯 1560g 无水乙醇450g 无水乙醇1140g F518N 1850g KD-1 30g DOP 60g DC350 1.5 g
流延8.8~9.3,A步砂磨依然有明显团聚现象,强力搅拌分散之后过滤流延,厚度极差较大,有大白点杂质,且浆料中发现有沉淀产生。该浆料性能参数:
密度3.02,粘度14.9,失重率5.94% (3)G1050301T4配方
A步:瓷粉 4000g B步:甲苯 350g 甲苯 1400g 无水乙醇250g 无水乙醇1000g F518N 1600g KD-1 30g DOP 40g DC350 1.8 g
流延5.0~5.2,A步砂磨团聚现象较轻,过滤纸后流延,厚度均匀,但有许多气泡与线条。该浆料性能参数:
密度2.98,粘度18.9,失重率51%(测试五次确认)
从上面的三次试验结果对比可以看出,目前G1料的A步分散是主要问题,在此基础上谈改善塑性解决侧裂才是有意义的。其可能的原因主要有:G1料的粒径较小(仅0.2),表面能相比较高,较易发生团聚;分散剂不匹配(不能达到分散效果)或者加入量存在较大偏差(架桥作用引起团聚,同时在流延后膜片表面富集产生侧裂);F518N粘合剂与DOP增塑剂的加入量有偏差弹性不好。
签于以上原因,后续试验思路如下:
(A)分散剂试验。因为颗粒粒度已经较小,故无须用砂磨机磨削。取小烧杯或者塑料杯,按T3配方A步称取少量物料(先不加分散剂,出现沉淀后再逐步加量),搅拌混合静置1小时,观察是否沉淀。如果该种分散剂的各种加入量均不能解决问题,则换另一种分散剂再次试验。
(B)瓷粉的加入与搅拌方式试验。如果各种分散剂试验均不能解决,则采用机械强力打散方式,即向溶剂中分批加入瓷粉,同时开强力机械搅拌;待物料全部加入后,保持打散搅拌进行后续工艺。流延时采用搅拌罐,边搅拌边流延。即强行流延法,可能表面会有气泡,但流5~8微米膜片尚可。
(C)水性体系的考虑。如果上述两种方法均告失败,则可以考虑采用水为分散介质进行尝试,希望可以利用瓷粉表面的憎水性来达到保持固体粉时不团聚的效果。可以先在烧杯中进行尝试,不必上量试验。
印叠工序
印刷叠层工序是净化间中的后两道工序,其目的是在流延后的介质膜片表面按照不同的设计规格、通过丝网印刷方式接引出层间内电极,然后以不同的错位数层叠至符合要求的层数,初步叠压后成为MLCC的巴块。 1. 印刷工序
陶瓷介质只有表面金属化之后才能与外电路连接,起到储电的作用;常用的表面金属化方法有涂布、印刷、喷银,(丝网)印刷法以其精度较高、易于自动化而在MLCC工艺中被广泛采用。我公司目前采用WY-155型与NCP-3000型网版丝印机实现自动印刷。 1.1 关于丝网印刷
丝网印刷是一种古老的印刷方法,它属于孔版印刷,与胶印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法。在孔版印刷中,应用最广泛的是丝网印刷。丝网印刷方法一般分为非接触法与接触法两类,非接触印刷在印刷前后丝网与基片不直接接触,当刮板沿丝网移动时丝网发生弹性变形才与基片接触;接触印刷法其丝网与基片在印刷前就直接接触,而当刮板沿丝网移动时,丝网不发生弹性变形。我公司目前采用的印刷方法属于非接触式。
将丝、尼龙、聚酯纤维或不锈钢金属丝网绷在网框上,使其张紧固定,采用手工刻漆膜或光化学制版的方法制作丝网印版;现代较普遍使用的是光化学制版法,即利用感光材料通过照相制版的方法制作丝网印版,使丝网印版上图文部分的丝网孔为通透孔,而非图文部分的丝网网孔被堵住,将丝网印刷用
浆料(比如油墨等)放入网框内,浆料在无外力的作用下不会自行通过网孔漏在承印物上,当用刮板以一定的倾斜角度及压力刮动浆料时,浆料通过网版转移到网版下的承印物上,形成与原稿一样的图案,如图1所示。
图1 非接触式印刷
1-丝网印版,2-网框,3-刮板,4-浆料
5-印刷台,6-基片,8-网高
一般来说,对丝网框架的要求是:尺寸精度高、重量轻、对丝网的张力不产生变形等。框架大都用铸铝制造,视要求不同可为正方形或者长方形。 1.2 丝网印刷的主要影响因素
丝网印刷希望获得符合参数设定的稳定的印厚、印重以及清晰的印刷图案。据资料介绍,影响丝网印刷质量的影响因素有三十多种之多,但这些因素的重要程度不同,这里只讨论几种主要因素,包括:浆料、网高、印刷力、印刷速度、刮板断面、角度、丝网目数、丝网张力、掩膜厚度(乳胶层+纱厚)。 1.2.1 印刷浆料(内浆)
印刷是一种控制浆料流动的工艺。为了获得边缘整齐,图形清晰的膜层,浆料必须具有适意的粘度、流变性和触变性。粘度太小,容易流散,线条变粗;粘度太大,印出图案的边缘不平齐,不宜印刷。以0603规格常用的N-1203AZ内浆为例,需要控制粘度在15~30Kcps;而ML-9663内浆的粘度在18~30Kcps。
工业中厚膜电路制作中印刷用的浆料种类很多,有导体浆料、电阻浆料、电容器介质浆料等。我公司目前使用的主要有银-钯浆和镍浆。虽然各种内浆的组成不同,但是构成内浆的组分一般包括功能性材料(镍粉等)、有机粘合剂(有机载体)以及添加剂三种。功能性材料对印刷后电极的电性能有重要影响;有机粘合剂则赋予浆料不同的印刷特性;添加剂的作用视不同组分作用不同,比如改善触变性流平性等。
浆料是在刮板的切应力作用下发生分散的,因此,良好的触变性是需要的。即希望浆料在有剪切应力作用时,粘度会降低,易于流过网孔沉积于基片;而切应力去除后,粘度又升高,沉积的浆料不再流动。一般用触变性的数值来表征上述性质的好坏。
触变性是指一些体系浆料在搅动或者其他机械力作用下,能使具有较大粘度不易流动的体系变成流动性较大的溶胶,然后将体系静置一段时间又恢复为原来凝胶状态。触变性产生的原因,一般认为是静止时粒子间搭接成架子,流动时剪切应力使结构拆散,并使得已经拆散的粒子定向,因而粘度降低;切力停止作用时,布朗运动破坏粒子的定向,重新恢复高粘度态。触变性大小可以通过转筒式粘度计测得的流变曲线(剪切应力vs变形速率)“滞后环”的面积来表示。
浆料的流平性可使刚印刷完沉积在膜片上的浆料,在极短时间内连接、流平,形成一个连续的电极膜,消除针孔以及丝网痕迹。对于我公司使用的浆料来说,BME浆料的流平性不如NME浆料的好,需要较长的时间流平;所以在印刷时,电子显示屏上看到BME印完的电极上有少量针孔(未烘干)是可以接受的,传送过程中就会有充分时间流平;如果在印NME浆料时发现有针孔,则一般要停下来处理。 1.2.2 丝网与基片的距离(网高)
网高即印刷台升起后膜片和丝网之间的高度,因为在刮板刮过某位置后丝网要快速弹离基片,故该高度又称为脱离高度。网高是控制印刷质量的一个重要参数。
在一定高度以内,随着网高增加,印刷膜层厚度增加;但如果丝网与基片高度超过某一数值,刮板的张力会明显增大,印得的膜层又会变薄,且丝网使用寿命会缩短。若丝网与基片距离太近,则基片易被丝网粘住,印出的图案边缘模糊不清。因此,网高的设定应该是在一个区间内进行微调;在该范围内,厚度改变时造成的厚度变化曲线的斜率较小,易于调节。该结论可以从图2所示的曲线看出,横坐标为脱离高度,纵坐标为阻值变化(即印刷厚度)。