基于生瓷片覆膜機的覆膜結構設計與工藝研究

王佳利， 田 雨

（中電科風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）技術以其集成密度高和高頻特性好等優異的電學、機械、熱學及工藝特性，成為目前電子元件集成化的主流方式，被廣泛應用于電子、通訊、航空航天、汽車、計算機和醫療等領域。

生瓷片印刷工藝作為LTCC 生產工藝流程中的重要環節之一，在生瓷片打孔和印刷工藝之間，為了防止印刷的時候生瓷片產生較大的變形，應用覆膜機給生瓷片貼覆一層保護膜的工藝。

1 覆膜機設備的結構及工作原理

圖1 覆膜揭膜機布局圖

如圖1 所示，覆膜揭膜機主要由上料機構、移載機構、撕膜機構、鋼輥黏塵機構、翻轉機構、中轉機構、覆膜機構、卷膜機構、裁膜拉膜機構、下料機構組成一個整體。此設備前段是環島機械手，將沖完孔的生瓷片放置到上料平臺進行機械定位，然后經過移載機構、撕膜機構將前工序所覆薄膜撕掉并通過鋼輥黏塵機構將產品表面的瓷渣去除，再經過翻轉、中轉將生瓷片吸附到覆膜平臺，待拉膜機構、卷膜機構、裁膜機構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品運送到下料位進行后續的印刷工藝。

2 覆膜部件設計

覆膜部件是覆膜機的核心部分，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、對位和貼覆功能。

圖2 覆膜部件

其中，前端拉帶（下頁圖3）部件水平方向由模組跟導軌組成運動機構，夾帶的松緊是由上下兩個氣缸跟導向軸組成的夾緊機構；膠輥部件是（下頁圖4）由模組運動的水平運動機構Z 向氣缸跟導向軸、直線軸承組成的升降機構，其中包含調平設計；后端拉帶部件（下頁圖5）水平方向由電缸控制，上下夾帶也是由上下兩個氣缸跟導向軸組成的夾緊機構；裁切機構（下頁圖6）由Y 向的模組帶著裝刀夾具進行往復裁切動作；夾帶部件（下頁圖6）是由兩套上下夾緊氣缸、直線軸承和導向軸組成的驅動機構，分別控制左右夾帶板的夾緊；卷膜部件由一個氣脹軸和兩個導向輥組件組成[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。前端夾帶伸進夾帶部件的左邊夾緊板，夾緊膜以后，電器驅動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，裁膜電機驅動刀片將膜裁開。然后，前端拉帶、膠輥部件、后端拉帶同時以合適的速度往同一方向進行相對運動，至貼膜位置，膠輥上下氣缸上升，電器驅動模組完成貼覆工作。為了防止夾板破壞膜產品，各個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標準就是看覆膜前后，生瓷片尺寸是否保持穩定。本覆膜機構的覆膜工藝如圖7 所示，生瓷片跟膜對位之后，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。整個貼覆工藝的關鍵點在于貼覆膠輥的膠層硬度和貼覆壓力的選擇。每片生瓷片四個角有4 個定位孔，選取不同硬度的膠輥和不同的貼覆壓力進行貼覆實驗，并對貼覆之后生瓷片四個定位孔間距

圖7 貼膜工藝

A、B、C、D 四個尺寸進行檢測，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 發現，貼覆壓力越低，覆膜后生瓷片的變形越小，故而將覆膜壓力設在能將膠輥升起的最低壓力0.11 MPa。然而，ΔB、ΔD 兩個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，可以滿足工藝需求。

4 結語

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