李曉燕，馮哲，張建宏

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

LTCC(Low Tempture Co-fired Ceram ic)是一種將未燒結(jié)的流延陶瓷材料疊層在一起而制成的多層電路，內(nèi)有印制互聯(lián)導(dǎo)體、元件和電路，并將該結(jié)構(gòu)燒結(jié)成一個(gè)集成式陶瓷多層材料。LTCC技術(shù)以其集成密度高和高頻特性好等優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特性，成為目前電子元件集成化的主流方式，廣泛應(yīng)用于電子、通訊、航空航天、汽車、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療等領(lǐng)域。

1 層壓工藝

層壓是基于帕斯卡原理：在密閉容器內(nèi)的介質(zhì)（液體或氣體）壓強(qiáng)，可以向各個(gè)方向均等地傳遞。

層壓工藝：把生瓷片裝入薄膜塑料袋，在真空包裝機(jī)中抽真空并密封，裝入層壓腔，隨活塞的下降置于壓力缸的熱水中，壓力缸密封后通過增壓泵增壓，生瓷片在壓力缸的熱水中均勻受壓成型，成為致密體。與單向和雙向模壓成型相比，密度高，均勻性一致。

由于液體介質(zhì)壓力各個(gè)方向相等，也常叫等靜壓。又與冷等靜壓和熱等靜壓相區(qū)別，也叫做溫等靜壓。

層壓工藝曲線見圖1，分為單步加壓、雙步加壓和可編程加壓3種方式。

圖1 壓力工藝曲線圖

2 層壓設(shè)備研發(fā)

層壓機(jī)是應(yīng)用于LTCC生產(chǎn)線，將印刷好的疊層生瓷片在一定的溫度和壓力下緊密粘接，形成一個(gè)完整的多層基板胚體。把被加工物體放置于盛滿液體的密閉容器中，通過增壓系統(tǒng)進(jìn)行加壓對(duì)物體的各個(gè)表面施加相等的壓力，使其密度增大改善物理性質(zhì)。

2.1 層壓機(jī)結(jié)構(gòu)

2.1.1 壓力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓力系統(tǒng)由活塞、壓力缸和水箱組成 (見圖2)，壓力缸和水箱均為不銹鋼材質(zhì)以減少銹蝕，圓筒狀結(jié)構(gòu)，水箱在壓力缸外圍，壓力缸活塞上有層壓腔，料盒放在層壓腔中，層壓腔隨活塞可以自動(dòng)升降方便裝件取件。氣動(dòng)增壓泵、壓力變送器和泄壓閥控制壓力，通過增壓泵持續(xù)向水箱內(nèi)注水使水壓上升，壓力變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力值，直至達(dá)到壓力設(shè)定值，增壓泵停止工作。恒壓過程中，自動(dòng)補(bǔ)償壓力的下降。當(dāng)恒壓計(jì)時(shí)結(jié)束后，自動(dòng)泄壓。壓力的泄放通過泄壓回路，考慮到異常情況，另有手動(dòng)泄壓回路。

為了保持壓力的恒定，壓力缸的密封性至關(guān)重要，尤其是壓力缸加壓口的密封和活塞密封圈的密封。另外，活塞的密封圈屬于易損件需要定期檢查，發(fā)現(xiàn)密封圈有變形或受損時(shí)及時(shí)更換。

圖2 壓力系統(tǒng)圖示

2.1.2 溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.5 非心臟外科手術(shù)：為減少外科手術(shù)圍術(shù)期心臟并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，在術(shù)前應(yīng)首先評(píng)估外科手術(shù)的緊迫性、出血風(fēng)險(xiǎn)和心血管事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。在充分權(quán)衡出血和血栓風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，圍手術(shù)期抗血小板治療應(yīng)由多學(xué)科(外科醫(yī)師、麻醉師、心內(nèi)科醫(yī)生)和患者共同決定：出血危險(xiǎn)較低的患者，可繼續(xù)服用阿司匹林。如患者進(jìn)行小型牙科手術(shù)、皮膚科操作、白內(nèi)障手術(shù)等出血風(fēng)險(xiǎn)低的手術(shù)；手術(shù)相關(guān)出血風(fēng)險(xiǎn)高，應(yīng)術(shù)前停用抗血小板藥物，通常術(shù)前停用P2Y12受體拮抗劑至少5d，術(shù)前需停用所有抗血小板治療的患者，如遇到血栓風(fēng)險(xiǎn)高患者，可給予靜脈抗血小板藥物GPⅡb/Ⅲa 受體拮抗劑或低分子肝素“橋接”。

圓柱形水箱位于壓力缸外，水箱外圍一圈保溫材料對(duì)熱水起保溫作用。溫度系統(tǒng)由水箱、浸入式加熱棒、熱電偶、液位開關(guān)和備液箱等組成，其功能是對(duì)水箱內(nèi)的水進(jìn)行升溫和恒溫控制，溫度的設(shè)定通過觸摸屏完成，熱量通過水傳導(dǎo)到工件上。另外溫度開關(guān)可以在溫度上限斷開加熱，起到保護(hù)作用。水位開關(guān)監(jiān)測(cè)到水位不足時(shí)備液箱自動(dòng)補(bǔ)水。

為了保持溫度的恒定，水箱內(nèi)加熱棒分布要均勻，熱電偶要布在壓力腔料盒附近。

2.1.3 安全設(shè)計(jì)

設(shè)置安全門鎖，只有安全門關(guān)閉后設(shè)備才能啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行。

設(shè)有超壓報(bào)警和超溫報(bào)警，壓力超過警戒壓力值時(shí)報(bào)警并自動(dòng)卸壓，溫度超過上限值時(shí)報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉加熱。

為安全起見，壓力缸活塞上下限分別安裝磁性傳感器和微動(dòng)開關(guān)雙保險(xiǎn)。

2.2 層壓機(jī)控制系統(tǒng)

2.2.1 層壓機(jī)硬件設(shè)計(jì)

層壓機(jī)選用三菱FX系列PLC和臺(tái)達(dá)DOP系列觸摸屏聯(lián)合控制方式，接收開關(guān)、按鈕以及觸摸屏的輸入信號(hào)并輸出信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成整個(gè)工藝流程。

主要功能模塊：

PLC模擬量模塊FX2N-2AD：采集壓力變送器輸出的4～20mA電流信號(hào)控制增壓泵的啟動(dòng)、停止和壓力補(bǔ)償。

PLC通訊模塊FX2N-232BD：通過RS232與溫控儀進(jìn)行Modbus通訊，實(shí)現(xiàn)溫度設(shè)定、預(yù)熱時(shí)間、報(bào)警設(shè)定觸屏操作。2.2.2層壓機(jī)軟件設(shè)計(jì)

層壓機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括：PLC控制程序、模擬量壓力采集程序和PLC與溫控儀通訊程序以及觸摸屏界面設(shè)計(jì)等。

圖3 硬件框圖

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，設(shè)定手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，手動(dòng)操作做單步調(diào)試和更換密封圈用，自動(dòng)操作做自動(dòng)層壓流程，可以根據(jù)需要設(shè)定3種加壓方式任意一種，自動(dòng)層壓過程中，壓力值實(shí)時(shí)顯示，恒壓過程中，恒壓時(shí)間實(shí)時(shí)顯示。

層壓操作步驟：

●手動(dòng)操作屏操作活塞升起，加水到標(biāo)志線，活塞降下。

●打開加熱開關(guān)，并設(shè)定預(yù)熱溫度，一般需要預(yù)熱1～2h。

●活塞升起，放入工件，自動(dòng)操作屏設(shè)定層壓壓力，保壓時(shí)間。

●按自動(dòng)開始鍵，活塞自動(dòng)下降，待到預(yù)熱溫度后，開始增壓。

●保壓時(shí)間到，層壓流程結(jié)束，自動(dòng)泄壓后，活塞自動(dòng)升起，取出工件。

自動(dòng)層壓軟件流程見圖4。

3 調(diào)試中遇到的問題及解決方案

1）預(yù)加熱后壓力缸上升蒸汽量大，加裝了換氣扇。

2）增壓后壓力很快降下，檢查各個(gè)密封處，發(fā)現(xiàn)增壓口密封圈變形受損更換。

3）活塞升起料盒裝件后下降到水中熱量有損失，加快活塞升降速度，有所緩解。

圖4 軟件流程圖

4 應(yīng)用效果

該設(shè)備控制精度高、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：

最大壓力：34MPa（5000psi）

壓力精度：±0.34MPa（±50psi）

最高溫度：85℃

溫度精度：±2℃

經(jīng)過用戶現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，滿足使用要求，可用于混合芯片及LTCC高密度多層基板等制作工藝中。

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[1]朱志斌.等靜壓技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2010[1]：19-23.