LTCC 方阻漿料后燒特性的研究與應用

馬其琪，楊興宇，馮曉曦

（中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024）

近年來，隨著航空航天、通信技術以及人工智能技術的飛速發展，對電子元器件的多功能、高可靠、高集成方面的要求日益加強。采用低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC） 工藝制作的基板具有可實現芯片封裝、內埋置無源元件及高密度電路組裝的功能，成為目前很多電子產品的重要制造技術[1]。

在LTCC 基板生產過程中，由于人為操作失誤等原因，常常會有外觀問題，例如導線或焊盤缺金、漏孔等問題。這些外觀問題雖然不會影響基板的電性能，但是會影響基板的焊接特性、鍵合力等性能。為此需要對這些問題進行修補。但是在修補過程中發現，基板在850 ℃后燒后會出現諸如孔凸起、電阻變化大等現象。尤其是有內阻的基板，經過后燒以后，電阻值已經超出容差范圍，只能報廢。為此專門設計了一系列實驗了解LTCC 基板的后燒特性，以尋求解決后燒帶來的外觀以及電阻變化問題的辦法。

1 方阻漿料后燒特性

電阻是LTCC 基板上重要的無源器件之一。電阻的精確度對基板的電性能有著極其重要的影響。

在生產過程中發現，燒結后電阻與設計往往存在著偏差而且后燒后的電阻值變化過大。電阻值偏小的電阻可以通過激光進行微調整，但是電阻值偏大的電阻卻沒有辦法進行調整。如何解決電阻值偏大的問題以及后燒電阻值變化過大的問題是本研究要解決的問題。

燒結是影響電阻值的重要因素，目前使用的燒結曲線：排膠升溫速率為0~450 ℃，1 ℃/min；排膠溫度為450 ℃，保溫時間為150 min；燒結溫度為850 ℃，保溫時間為10 min。經過大量燒結試驗驗證，此環境下電阻值能基本保持在穩定的水平。

這里列舉了常用的幾種方阻漿料，例如10 Ω、100 Ω、1 kΩ、10 kΩ 等，將其分別印刷在Ferro A6M 生瓷片上，先進行低溫共燒，測得后燒前的電阻值。將樣品分兩批利用鏈式爐分別對其進行了在750 ℃、800 ℃、850 ℃環境下后燒，保溫時間分別為5 min、10 min，記錄其變化，見表1~表4。

表1 10 Ω 方阻漿料后燒前后電阻變化

表2 100 Ω 方阻漿料后燒前后電阻變化

表4 10 kΩ 方阻漿料后燒前后電阻變化

表3 1 kΩ 方阻漿料后燒前后電阻變化

通過表1~表4 可以得知，以上幾種方阻漿料電阻值在750 ℃下后燒均不會變化。在800 ℃下后燒10 Ω、100 Ω、1 kΩ 方阻漿料，5 min 和10 min情況下電阻值均會變小，10 Ω 和100 Ω 漿料的變化率最大，達到10%左右，10 kΩ 電阻值卻會變大。在850 ℃下后燒，以上幾種方阻漿料電阻值均變小，同樣是10 Ω 和100 Ω 方阻漿料的變化率最大，可達30%左右。

通過大量后燒實驗，了解了不同的方阻漿料、不同的后燒溫度以及不同的后燒時間引起的變化均不相同。變化規律見表5。

表5 不同方阻的后燒電阻變化規律

一般的，共燒完成后，電阻值會小于預設電阻值范圍。由于印刷參數或者燒結的影響，電阻值會偏大，影響激光調阻。通過調整后燒曲線，可以將不同電阻值的范圍調整至激光可調的范圍，對電阻值的精準控制提供幫助。

2 方阻漿料后燒特性應用

通過查閱資料可知[2]，金屬漿料的燒結完成溫度是600 ℃，而玻璃-陶瓷的燒結溫度是850 ℃。

600 ℃進行后燒是不會引起電阻值的變化的。因此，理論上利用方阻漿料與金屬漿料的燒結溫度差可以解決后燒帶內阻基板引起的電阻變化問題。

由表5 實驗結果可知，電阻在750 ℃下后燒電阻值是不會變化的。結合電阻的后燒特性，遇到有內埋電阻的基板外觀修補時，就可以通過控制后燒溫度來使修補漿料完成燒結，并且不會引起內埋電阻的變化。

但是在此溫度下后燒后的金屬漿料是否已經燒結完成，修補過的基板導線和焊盤是否符合組裝客戶交付要求，需要對鍵合力和膜層附著力等幾項指標設計實驗進行驗證。

將金屬漿料均勻涂抹在要修補的基板焊盤和導帶上，在700 ℃溫度下后燒1 h，保溫時間10 min。表6 為后燒電阻變化統計。檢測基板上的電阻變化情況并參考GJB 548B《微電子器件試驗方法和程序》中破壞性鍵合拉力試驗，對后燒完成后將基板修補部分進行金絲鍵合并進行拉力實驗，測試焊盤鍵合拉力[3]。表7 為25 μm 金絲鍵合拉力測試結果。

表6 后燒電阻變化統計

表7 25 μm 金絲鍵合拉力測試結果

表6 中數據表明，在700 ℃下后燒的修補的基板上的電阻值均未發生變化；而且表7 的數據表明此后燒條件下的焊盤、導帶表面修補的金屬漿料均已完全燒結，能承受5 倍以上的單位質量對應鍵合拉力，滿足金絲鍵合拉力測試的合格范圍。

膜層附著力測試參照GJB 243A-2003《混合基層電路通用規范》試驗條件，利用3M 膠帶對修補部分進行膜層附著力測試，并未發現3M 膠帶上有脫落的金屬漿料以及膜層起皮或者脫落的情況。

以往外觀修補后的基板850 ℃后燒都存在著通孔突起的情況，影響基板平整度。改用新曲線后燒的基板，在顯微鏡下檢測通孔外觀，發現原先在850 ℃下后燒的通孔突起現象也改善了許多，經過測厚儀測試，突起值均小于10 μm，見圖1。所以此條件下修補的基板焊盤是完全符合檢驗要求的。

圖1 后燒完成后的基板孔突起狀況

3 結論

利用方阻漿料在不同的后燒溫度和時間下變化規律的差異，可以通過微調使其達到激光可調的范圍；利用金屬漿料與方阻漿料的后燒溫度的差異，也可以用來避免在進行基板外觀修補時造成電阻的偏差，減少了廢品的產生，提高了生產合格率。