多層共燒陶瓷的生瓷加工工藝(一)——前處理、沖孔、填孔

流延過程中，底部會(huì)有一層載體膜(通常為PET膜)，因此生瓷帶底部和頂部的自由表面有區(qū)別，底部具有良好的光滑面，單位體積內(nèi)垂直分布的有機(jī)物和無機(jī)粉體基本上是相同的，因此，常用與載體膜接觸的表面作為后續(xù)生瓷的加工的作業(yè)區(qū)域。

同時(shí)流延后，平鋪在載體膜表面的漿料已干燥成膜，接觸載體膜的下表面和接觸空氣的上表面表面張力存在很大差異，生片會(huì)彎曲成“碗狀”(圖1)。

因此，當(dāng)載體膜剝離生瓷帶分切成片后，內(nèi)部應(yīng)力會(huì)被釋放，生瓷片會(huì)有0.05%的收縮行為。達(dá)到尺寸穩(wěn)定性所需的時(shí)間隨生瓷片的流延條件、生瓷片厚度、材料組成、載體膜厚度和物理性質(zhì)(硬度等)及其他因素而有所不同。1天到1周的老化時(shí)間是需要的。隨著有機(jī)材料應(yīng)力的逐漸縮小，殘留溶劑的逐漸消散及生瓷片中所含水分的揮發(fā)，外形尺寸才能逐漸穩(wěn)定下來。

如果未經(jīng)老化就進(jìn)行生瓷加工，在沖孔、印刷等后續(xù)工序中生瓷片的尺寸發(fā)生變化，各生瓷片疊層時(shí)，上下層所形成導(dǎo)體的位置就不能精準(zhǔn)對(duì)位，造成層間電路連接缺陷。因此，通常流延分切后的生瓷片，常常將其置于50℃左右的環(huán)境中揮發(fā)溶劑和濕氣。

另外，如有條件，對(duì)生瓷片在低于有機(jī)物軟化點(diǎn)的溫度下施加大約幾兆帕的微小壓力以減少氣孔，有利于有機(jī)物和無機(jī)粉體垂直分布的致密性，這對(duì)于穩(wěn)定生瓷片尺寸也是有利的。在后續(xù)工序疊層時(shí)，為了使上下層之間能很好的貼合，還要求生瓷片具有一定的柔韌性，在加熱和加壓的處理后，生瓷片在特定溫濕度環(huán)境下存放自然老化直到收縮結(jié)束和尺寸穩(wěn)定才流轉(zhuǎn)至生瓷加工，圖2表明了生瓷片的外形隨時(shí)間推移的變化特性。

試驗(yàn)結(jié)論：經(jīng)老化處理后的生片再進(jìn)行沖孔、填孔、烘干、印刷后，尺寸變化量更小，定位孔間距更均勻一致，更微量的尺寸變化，可提高疊片對(duì)位精度，如圖3所示。

無源片式電子陶瓷元器件的制備中，流延成型的生瓷片是作為多層共燒陶瓷絕緣基材存在的，通常元器件是三維結(jié)構(gòu)，內(nèi)部線路和外部焊盤(PAD)之間具有互聯(lián)互通的電氣連接關(guān)系，平面導(dǎo)通依靠印刷導(dǎo)體圖形，垂直導(dǎo)通依靠填過孔導(dǎo)體柱(填孔)，填孔之前需要對(duì)生瓷片進(jìn)行沖孔，通常直徑為0.05mm-0.30mm，對(duì)于這一過程，要求生瓷片尺寸再加工時(shí)不應(yīng)改變，加工內(nèi)壁必須光滑，加工的廢料不應(yīng)粘住生瓷片，在沖孔過程中，沖頭會(huì)有磨損，當(dāng)用磨損的沖頭沖孔時(shí)，生瓷片會(huì)出現(xiàn)孔裂紋等缺陷。

如果生瓷片較脆，孔下面就有崩口。相反，如果生瓷片太軟，底部就有粘屑。在這種情況下，清理會(huì)非常麻煩，若清理不徹底，填孔時(shí)粘屑會(huì)有堵孔情況。

這個(gè)工序一般在印刷之前進(jìn)行，分為擠壓式填孔和印刷式填孔，擠壓式適合填過孔孔深較大(＞0.3mm)的生瓷片，印刷式填孔跟印刷工序類似，適合填過孔孔深(≤0.3mm)較小的生瓷片?，F(xiàn)在比較流行的工藝是印刷式填孔，填孔狀態(tài)的好壞跟填孔工藝和導(dǎo)體材料的物性密切相關(guān)，需要工藝和材料同時(shí)適配。

填孔過程是將導(dǎo)體材料填充如沖孔孔內(nèi)，對(duì)填孔工序的要求是，導(dǎo)體要均一，導(dǎo)體的最佳填充比要根據(jù)子周圍生瓷片中粉料的填充密度而定。如果導(dǎo)體的填充密度大于生瓷片中粉料的填充密度，在器件生坯燒結(jié)后，導(dǎo)體的體積變的大于內(nèi)孔的體積，因而對(duì)導(dǎo)體產(chǎn)生了壓縮應(yīng)力，而陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生了拉伸應(yīng)力，填孔界面會(huì)發(fā)生瓷裂風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致過孔可靠性降低，尤其是經(jīng)后道化鍍后過孔周圍瓷體的絕緣電阻。相反，如果填充比不足，上下層過孔間會(huì)產(chǎn)生空隙，燒結(jié)后有開路風(fēng)險(xiǎn)。

雖然印刷式填孔與平面印刷類似，但過程不同，平面印刷是在平坦表面形成導(dǎo)體，而印刷式填孔存在很大的縱向深度，填孔導(dǎo)體的流動(dòng)性非常重要。

填孔導(dǎo)體是以一定粘度漿料形式存在，漿料包含導(dǎo)體粉料、粘結(jié)相粉料、有機(jī)載體等物質(zhì)，通常具備流動(dòng)性、流變性、觸變性、這些特性對(duì)于填孔效果都有影響。

填孔異常是填孔工序的需要突破的難點(diǎn)，凸起、凹陷、擴(kuò)散、針孔(如圖5所示)等缺陷都是不可容忍的，需要針對(duì)性的進(jìn)行攻關(guān)優(yōu)化。

目前，淮瓷科技填孔漿料已完成自研匹配，一次性填孔效果良好，滿足生瓷車間的生產(chǎn)需要。如圖6-8所示。