王洪宇

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京東 燕郊 065201)

LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic，低溫共燒陶瓷)：該技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的令人矚目的整合組件技術(shù)，已經(jīng)成為無(wú)源集成的主流技術(shù)，成為無(wú)源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向和新的元件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前該基板被用作第五代電子原件組裝用基板而受到極大重視。

1 LTCC生產(chǎn)及檢測(cè)工藝

LTCC技術(shù)是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需的電路圖形，并將多個(gè)被動(dòng)組件(如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器等)埋入多層陶瓷基板中(見(jiàn)圖1)，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在900℃下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路，也可制成內(nèi)置無(wú)源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，制成無(wú)源/有源集成的功能模塊，可進(jìn)一步將電路小型化與高密度化，特別適合于高頻通訊用組件。

圖1 LTCC基板

在LTCC生產(chǎn)中，檢測(cè)是生產(chǎn)的一個(gè)重要方面。從組成生瓷帶的陶瓷顆粒開(kāi)始，到LTCC生瓷在生產(chǎn)中的各個(gè)階段都需要檢測(cè)。打完的孔需要檢查其圓度、直徑、位置和距離，通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)和后續(xù)的調(diào)整，陶瓷刮擦等現(xiàn)象可以顯著減少。印制蓋層同樣要被檢測(cè)是否存在印制缺陷，現(xiàn)在各層已經(jīng)印制完畢，需要對(duì)其疊層，然后燒結(jié)。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于基板暴露在不同的環(huán)境以及會(huì)有不同程度的收縮，因此在基板燒結(jié)完后需要對(duì)基板的尺寸進(jìn)行測(cè)量，以確保基板的收縮在允許的范圍內(nèi)。在燒結(jié)完之后，基板與外部的連接也需要作視覺(jué)檢查。最后的檢測(cè)為電氣檢測(cè)，該項(xiàng)檢測(cè)可以驗(yàn)證基板在標(biāo)準(zhǔn)條件下的功能是否正確，見(jiàn)圖2。

圖2 LTCC工藝流程圖

2 飛針測(cè)試原理

飛針測(cè)試前首先對(duì)設(shè)備硬件進(jìn)行初始化，并進(jìn)行四個(gè)測(cè)針的坐標(biāo)系校準(zhǔn)，將坐標(biāo)系統(tǒng)一。正常測(cè)試分為開(kāi)路/導(dǎo)通、短路/絕緣、電容3種測(cè)試。開(kāi)路/導(dǎo)通測(cè)試是將兩個(gè)測(cè)針扎在同一網(wǎng)絡(luò)的不同焊盤(pán)點(diǎn)，當(dāng)測(cè)得的電阻值小于用戶設(shè)定的開(kāi)路閥門(mén)電阻時(shí)，測(cè)試合格；短路/絕緣測(cè)試是將兩個(gè)測(cè)針扎在不同網(wǎng)絡(luò)的焊盤(pán)點(diǎn)，當(dāng)測(cè)得的電阻值大于用戶設(shè)定的絕緣閥門(mén)電阻時(shí)，測(cè)試合格。測(cè)試被測(cè)基板的絕緣性還有一種電容測(cè)試法，這種方法適用于同一品種的基片進(jìn)行大批量測(cè)試，測(cè)試速度快，節(jié)省時(shí)間，但是對(duì)于壞片不能查出具體的短路焊盤(pán)點(diǎn)，所以需要用電阻法復(fù)測(cè)，這種方法不適用小批量的基片測(cè)試。

飛針測(cè)試時(shí)，操作人員手工打開(kāi)夾具，把待測(cè)LTCC基板豎直固定到夾具(或測(cè)片工裝)上，進(jìn)行正式測(cè)試。軟件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)4個(gè)完全獨(dú)立的移動(dòng)測(cè)針(由XY工作臺(tái)和Z軸機(jī)構(gòu)組成)在被測(cè)基板兩面(前后各2根測(cè)針)進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)，按設(shè)定的次序和方式接觸到待測(cè)點(diǎn)，此時(shí)測(cè)試儀通過(guò)給特定探針施加一定的電壓、電流，得到不同的測(cè)試信號(hào)，然后采集數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)給出測(cè)試結(jié)果。

3 飛針測(cè)試工藝過(guò)程

飛針測(cè)試主要包括測(cè)試文件轉(zhuǎn)換和測(cè)試過(guò)程兩方面的工作。

測(cè)試文件轉(zhuǎn)換是由Protel、PowerPCB、Cadence等CAD設(shè)計(jì)軟件輸出 Gerber和 Drill數(shù)據(jù)，用CAM350軟件對(duì)Gerber文件進(jìn)行處理并生成正確的IPC-D-356A文件。以Protel設(shè)計(jì)文件為例，測(cè)試文件的轉(zhuǎn)換過(guò)程見(jiàn)圖3。

圖3 測(cè)試文件轉(zhuǎn)換流程圖

設(shè)備的系統(tǒng)軟件將測(cè)試文件讀入，解析出測(cè)試需要的開(kāi)路、短路等文件，然后打開(kāi)設(shè)備系統(tǒng)軟件進(jìn)行飛針測(cè)試，主要過(guò)程分為如下幾點(diǎn)：

(1)設(shè)備初始化：發(fā)送初始化信號(hào)，各電機(jī)回歸機(jī)械零位，檢查電氣單元，設(shè)備處于待測(cè)試狀態(tài)。

(2)坐標(biāo)系統(tǒng)一：每次設(shè)備開(kāi)機(jī)上電都必須進(jìn)行，四個(gè)測(cè)針?lè)謩e去找測(cè)試金圓的中心，然后按計(jì)算好的距離回到電氣原點(diǎn)，此時(shí)4個(gè)測(cè)針的坐標(biāo)系為同一坐標(biāo)系。

(3)攝像頭校準(zhǔn)：每次換針后都要進(jìn)行，主要校準(zhǔn)1#針針尖與CCD十字中心的距離，使得CCD攝像頭能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)測(cè)針的測(cè)試狀態(tài)。

(4)基本參數(shù)配置：根據(jù)基片的工藝參數(shù)要求輸入導(dǎo)通測(cè)試上限、絕緣測(cè)試下限、測(cè)試電壓、Z向抬升高度、基片正背面的膨脹率及背面偏移量等工藝參數(shù)。

(5)基準(zhǔn)點(diǎn)選取：選擇基準(zhǔn)點(diǎn)的一般原則是：選擇實(shí)心的方形或圓形焊盤(pán)，并且兩個(gè)焊盤(pán)分別分布在被測(cè)板上相對(duì)距離較遠(yuǎn)的對(duì)角線上。同時(shí)在CAM350中的測(cè)試點(diǎn)選取時(shí)需要將測(cè)試位置放到基準(zhǔn)點(diǎn)的中心上。如果選取四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)則可以對(duì)基板進(jìn)行探高，以檢測(cè)其垂直度(立式飛針)。

(6)基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)：將移到所選基準(zhǔn)點(diǎn)中心位置，此時(shí)針尖位置、CCD十字中心和被測(cè)點(diǎn)中心的坐標(biāo)就統(tǒng)一了。

(7)飛針測(cè)試：根據(jù)基片特點(diǎn)選擇測(cè)試方法，系統(tǒng)會(huì)依照各測(cè)試點(diǎn)的位置進(jìn)行配針，合理的配針?lè)桨改軌蛴行У乜s短測(cè)試時(shí)間。

(8)錯(cuò)誤復(fù)測(cè)與手動(dòng)驗(yàn)證：根據(jù)首次測(cè)試結(jié)果可以選擇自動(dòng)減速?gòu)?fù)測(cè)，如果復(fù)測(cè)點(diǎn)較少也可以選擇手動(dòng)復(fù)測(cè)的方式。

(9)測(cè)試結(jié)束：打印錯(cuò)誤結(jié)果或查看錯(cuò)誤網(wǎng)絡(luò)。

在測(cè)試過(guò)程中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題：根據(jù)不同基片的要求設(shè)置測(cè)針壓力，調(diào)整針痕達(dá)到良好的電氣信號(hào)接觸；防止待測(cè)片由于空氣潮濕結(jié)膜，高壓測(cè)短路時(shí)絕緣度變低

4 結(jié)束語(yǔ)

LTCC陶瓷基片在整個(gè)工藝流程中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，例如單層多次印刷的基準(zhǔn)點(diǎn)位置偏差，共燒后背面圖形膨脹系數(shù)與基片不一致及基片與布線共燒時(shí)的收縮率及熱膨脹系數(shù)匹配問(wèn)題都會(huì)影響飛針的測(cè)試效率。在飛針的系統(tǒng)軟件中要充分考慮到這些因素，進(jìn)行有效的補(bǔ)償，避免飛針測(cè)試時(shí)出現(xiàn)不必要的測(cè)針與焊盤(pán)點(diǎn)的位置偏差。

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