盧會湘，陳　　磊，唐小平，嚴(yán)英占

（1.中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司河北分公司，石家莊 050081；

2.河北諾亞人力資源開發(fā)有限公司，石家莊 050035；

3.中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所，石家莊 050081）

LTCC不銹鋼網(wǎng)版清洗工藝優(yōu)化*

盧會湘1，3，陳磊2，3，唐小平1，3，嚴(yán)英占3

（1.中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司河北分公司，石家莊 050081；

2.河北諾亞人力資源開發(fā)有限公司，石家莊 050035；

3.中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所，石家莊 050081）

網(wǎng)版清洗是LTCC加工過程中一道重要的工序，它對LTCC產(chǎn)品中通孔和線條圖案精度和連通可靠性起著極為重要的作用。特別是在網(wǎng)版再次使用過程時，只有將網(wǎng)版圖案和絲網(wǎng)網(wǎng)孔中的金屬漿料清除干凈才能滿足后續(xù)印刷的質(zhì)量要求。分析了目前清洗工藝的現(xiàn)狀，對網(wǎng)版清洗工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過半自動清洗設(shè)備和清洗劑進(jìn)行分析比較，并對關(guān)鍵工藝因素開展正交試驗，獲得了較優(yōu)的工藝參數(shù)。

不銹鋼網(wǎng)版；清洗工藝；正交試驗

1　　引言

LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）是一種新型的電子封裝材料，廣泛應(yīng)用于微波通信、航空航天和軍事電子等領(lǐng)域［1，2］。LTCC基板采取多層并行加工方式，每層生瓷膜片分別印刷互連過孔和導(dǎo)體圖案，再進(jìn)行疊壓和低溫?zé)Y(jié)等工序。

LTCC生產(chǎn)過程中需要大量的不銹鋼網(wǎng)版，根據(jù)用途和類型可分為兩類：填孔不銹鋼版和線條不銹鋼絲網(wǎng)版，其中填孔不銹鋼版有大量φ0.1 mm～φ0.2 mm的圓形通孔，用于LTCC連通孔的金屬漿料的填充；線條不銹鋼絲網(wǎng)版作為掩膜用于導(dǎo)體、電阻、介質(zhì)圖案的印刷制作。在生產(chǎn)過程中如果網(wǎng)版清洗不干凈，殘余的金屬漿料會堵塞網(wǎng)版，引起互連孔漏填、欠填以及導(dǎo)體圖案的寬度變窄甚至斷路，對于大面積金屬化區(qū)域會出現(xiàn)針眼、孔洞，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。因此，網(wǎng)版清洗是LTCC生產(chǎn)加工過程中一個重要的工序，尤其對于批量產(chǎn)品需要多次循環(huán)使用網(wǎng)版時，清洗工藝對后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量控制顯得尤為重要。

目前，LTCC生產(chǎn)過程中網(wǎng)版常用的清洗工藝是采用無塵布（紙）蘸取酒精、異丙醇（IPA）等有機(jī)溶劑進(jìn)行擦拭，清洗過程消耗大量的有機(jī)清洗劑，并且有機(jī)清洗劑具有較大的揮發(fā)性和刺激性氣味，對操作者具有一定的危害。同時，LTCC網(wǎng)版圖案比較精密，孔徑、絲網(wǎng)間隙尺寸較小，手動清洗過程難以擦拭干凈，從圖1中可以看出手工擦拭后網(wǎng)版圓孔內(nèi)徑（絲網(wǎng)間隙）仍殘留少許漿料，孔徑（絲網(wǎng)間隙）越小，深度越大，越明顯。

圖1　常規(guī)手工清洗后的網(wǎng)版

為了改善清洗效果，提高網(wǎng)版清洗工藝的穩(wěn)定性和一致性，減輕操作人員的工作強(qiáng)度和人身危害，本文對半自動清洗工藝進(jìn)行優(yōu)化，選擇合適的清洗設(shè)備和清洗劑，并通過正交試驗對各因素進(jìn)行分析研究，確定較優(yōu)的工藝參數(shù)。

2　　網(wǎng)版清洗設(shè)備及清洗劑

常規(guī)LTCC不銹鋼網(wǎng)版清洗無專業(yè)清洗設(shè)備，主要是手工蘸取酒精擦拭清洗，本文對市場現(xiàn)有的半自動清洗設(shè)備和清洗劑進(jìn)行分析比較，優(yōu)選出合適的清洗設(shè)備和清洗劑。

2.1清洗設(shè)備的選擇

目前市場上主流的清洗設(shè)備主要有兩種：全氣動清洗設(shè)備和氣電結(jié)合清洗設(shè)備，性能及優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

以填孔不銹鋼版為例，當(dāng)今LTCC行業(yè)中最小孔徑可以做到φ0.1mm，相應(yīng)漏板上的孔徑為φ0.12mm～φ0.15 mm，面對如此小的孔徑，全氣動設(shè)備的噴淋工藝顯然不能滿足使用要求，因此，LTCC行業(yè)中建議選用氣電結(jié)合類型的網(wǎng)版清洗設(shè)備。

表1　典型LTCC網(wǎng)版清洗設(shè)備性能及優(yōu)缺點(diǎn)

2.2清洗劑的選擇

溶劑類清洗劑一般具有易揮發(fā)、閃點(diǎn)低、易燃易爆等特點(diǎn)，需特別防護(hù)。對于用電設(shè)備，要防止漏電打火，同時設(shè)備的排風(fēng)系統(tǒng)要單獨(dú)設(shè)計，若與爐子、烘箱等排風(fēng)系統(tǒng)相通，可能會產(chǎn)生氣流回流引起爆炸，難以消除安全隱患；另外，有些還含有VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物）等毒性物質(zhì)，長期接觸VOCs會使眼、鼻、咽喉干燥，對人體健康有害。

水基清洗劑主要成分有表面活性劑、洗滌助劑、緩蝕劑等，是近年來應(yīng)用較廣泛的一種清洗劑。此類清洗劑的相容性好，價格低，操作安全，不燃不爆，清洗及配方自由度大，可針對不同性質(zhì)污染物調(diào)整配方，再配合加熱、刷洗、噴淋噴射、超聲波清洗等物理清洗手段，對極性及非極性污染物都有較好的清洗效果［3］。

本文試驗選用基于“微相清洗”（MPC）技術(shù)的水基清洗劑。其主要工作原理為：（1）通過加熱或攪動（超聲或噴淋等）將微相因子激活；（2）微相分子從基材表面去除污染物并將其轉(zhuǎn)移到水相環(huán)境中（微相轉(zhuǎn)移）；（3）污染物可以被簡單地從清洗劑中過濾出來，其活性成分不會逐漸被耗盡，從而使得清洗劑具有更長的使用壽命；（4）無表面活性劑成分和無固含量配方使其不會在網(wǎng)版上留下表面活性劑等殘留物［4］。

傳統(tǒng)表面活性劑與金屬顆粒、有機(jī)雜質(zhì)等污染物的永久結(jié)合導(dǎo)致活性成分逐漸耗盡，溶液壽命短，只能通過化學(xué)品補(bǔ)充或全部溶液更換進(jìn)行補(bǔ)償，這就導(dǎo)致工藝需要更多的清洗劑、更高的人工成本及廢液處理成本等。而MPC水基清洗劑通過簡單的過濾可以將污染物從清洗劑中去除，因此清洗劑中的活性成分不會逐漸被耗盡，使用壽命因而被極大地延長。MPC水基清洗劑的性能參數(shù)如表2所示。

表2　 MPC水基清洗劑性能參數(shù)

3　　半自動清洗工藝正交試驗

3.1試驗方案設(shè)計

試驗網(wǎng)版選型依據(jù)，考慮到線條不銹鋼絲網(wǎng)版網(wǎng)格尺寸小，絲徑交叉間隙多，清洗困難，同時網(wǎng)版上的感光膜層容易脫落，對清洗工藝要求高，本文選用不銹鋼絲網(wǎng)版作為對象進(jìn)行正交試驗。

試驗因素的選擇主要考慮設(shè)備的工藝特點(diǎn)，最終選出影響清洗效果的關(guān)鍵因素為超聲功率、超聲時間、噴淋時間以及吹干時間。每個因素選擇3個水平進(jìn)行正交試驗，以便確定較優(yōu)的工藝參數(shù)。其中超聲功率和超聲時間不可一味增大，否則會影響網(wǎng)版中粘網(wǎng)膠的粘合強(qiáng)度。另外，線條不銹鋼絲網(wǎng)版上的感光膠和鋼絲網(wǎng)布的結(jié)合也有一定的限度，如果參數(shù)設(shè)置不合適還會引起感光膠膜層的脫落，如圖2所示。

圖2　感光膠膜脫落照片

綜上因素，正交試驗因素水平設(shè)置如表3所示，正交試驗表如表4所示。試驗過程隨機(jī)選用9個使用過留有金屬漿料的線條不銹鋼絲網(wǎng)版進(jìn)行清洗，然后在顯微鏡下觀察清洗效果，對試驗結(jié)果進(jìn)行評測。

表3　半自動清洗工藝因素水平表

表4　半自動清洗工藝L9（43）正交試驗表

3.2評測方法

將清洗后的網(wǎng)版放到顯微鏡（60×）下觀察，得到相同的視野范圍，設(shè)定基本分為100分，然后根據(jù)污點(diǎn)數(shù)量（面積）進(jìn)行減分，獲得最終評分。

3.3試驗結(jié)果及數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)結(jié)果見表5。

表5　半自動清洗工藝L9（43）正交試驗數(shù)據(jù)結(jié)果

從上述試驗結(jié)果分析可知：

（1）從直接分析來看，第8號和第9號試驗結(jié)果最好，其最優(yōu)水平組合為A3B2C1D3和A3B3C2D1；

（2）從計算分析結(jié)果來看，最優(yōu)組合為A3B3C1D2；

（3）因素的主次順序為A＞B＞C＞D；

由于計算最優(yōu)A3B3C1D2不在9組試驗中，因此需要進(jìn)行補(bǔ)充試驗，同時對A3B2C1D3和A3B3C2D1進(jìn)行重復(fù)驗證試驗，試驗方案及結(jié)果如表6所示。

表6　補(bǔ)充試驗方案及結(jié)果

由試驗結(jié)論可知：超聲功率和超聲時間對清洗效果影響較大，當(dāng)超聲功率為60%時，超聲時間達(dá)到180 s后清洗效果就能達(dá)到最好。

噴淋時間和風(fēng)干時間主要是沖洗網(wǎng)版表面的大塊污物以及殘余的清洗劑，并對網(wǎng)版進(jìn)行初步干燥，對清洗效果影響不大，考慮因素影響主次順序和工作效率，選擇噴淋時間為90 s，風(fēng)干時間60 s。

綜上分析，最終優(yōu)選清洗工藝參數(shù)為：超聲功率60%，超聲時間180 s，噴淋時間90 s，風(fēng)干時間60 s。3.4LTCC不銹鋼網(wǎng)版清洗實物效果

按照試驗選定的工藝參數(shù)，在實際生產(chǎn)中分別清洗線條不銹鋼絲網(wǎng)版和填孔不銹鋼版，清洗效果如圖3所示，從圖中可以看出線條不銹鋼絲網(wǎng)空格處和填孔不銹鋼版通孔側(cè)壁清洗得非常干凈，沒有多余漿料殘余，可以滿足后續(xù)循環(huán)使用要求，并且后續(xù)經(jīng)過30天20個批次跟蹤驗證，累計清洗246個線條不銹鋼絲網(wǎng)版和206個填孔不銹鋼版，沒有出現(xiàn)脫膜、開膠現(xiàn)象，清洗效果比較穩(wěn)定。同時該方法避免了人工擦拭用力不勻?qū)W(wǎng)版張力的影響，提高了網(wǎng)版的使用壽命和重復(fù)利用率。

圖3　新工藝清洗后的網(wǎng)版

4　　結(jié)束語

本文通過分析和試驗，對LTCC工藝過程中網(wǎng)版清洗的工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，通過對關(guān)鍵工藝參數(shù)開展正交試驗，對各影響因素進(jìn)行了分析，確定了較優(yōu)的工藝參數(shù)。

通過半自動清洗工藝的優(yōu)化，有效提高了清洗效率，保證了清洗效果的一致性，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度和人身傷害。

［1］何健鋒.LTCC基板制造及控制技術(shù) ［J］.電子工藝技術(shù)，2005，26（2）：75-81.

［2］董兆文，李建輝，沐方清.LTCC微波一體化封裝［J］.電子與封裝，2010，10（5）：1-6.

［3］劉子蓮.電子工藝用新型水基清洗劑的研發(fā)及清洗機(jī)理的研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)碩士論文，2010.

［4］黃曉英，戴素紅.精密電子清洗劑和清洗設(shè)備的應(yīng)用及發(fā)展趨勢［J］.電子工藝技術(shù)，2012，33（5）：A1-A5.

Optimization of Stainless Screen Cleaning During LTCC Process

LU Huixiang1，CHEN Lei2，3，TANG Xiaoping1，3，YAN Yingzhan3

（1.China Communication System Co.，Ltd.Hebei Branch，Shijiazhuang 050081，China；
2.Hebei Noah Human Resource Development Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050035，China；
3.China Electronics Technology Group Corporation No.54 Research Institute，Shijiazhuang 050081，China）

Screen cleaning，an important process during the LTCC process，impacts the quality and reliability of LTCC substrate，especially when the screen plate is reused.Only when the metal paste is cleaned out from the mesh of stencil and the gap of steel screen can the screen be reused.By summarizing the status quo of screen cleaning and compares the semi-automatic equipment and detergents，the paper introduces an optimum cleaning process.

stainless screen；cleaning process；orthogonal test

TN305.94

A

1681-1070（2016）10-0011-04

2016-7-1

國家自然科學(xué)基金（61404119）

盧會湘（1982—），男，河北邢臺人，碩士，工程師，畢業(yè)于天津大學(xué)，主要從事微組裝LTCC工藝技術(shù)相關(guān)工作。