杜 彬，李?yuàn)櫇?/p>

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

1 引言

國(guó)內(nèi)對(duì)于LTCC的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但目前主要用于軍用領(lǐng)域，例如TR組件和圖像識(shí)別模塊等，在民用領(lǐng)域仍然以厚膜混合集成電路為主[1]。國(guó)內(nèi)LTCC技術(shù)在開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面比發(fā)達(dá)國(guó)家晚，LTCC生產(chǎn)水平仍處于手工、半自動(dòng)的階段，因此產(chǎn)品質(zhì)量、批量化生產(chǎn)的一致性與國(guó)外水平仍有一定差距[2]。LTCC智能生產(chǎn)線的出現(xiàn)能夠緩解這一局面。

2 LTCC智能生產(chǎn)線

要方向之一[2]。LTCC智能生產(chǎn)線是指在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將LTCC生產(chǎn)工藝融入到生產(chǎn)線中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程智能化，是信息技術(shù)和智能技術(shù)的深度融合與集成[3]。LTCC生產(chǎn)線典型流程和架構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 LTCC生產(chǎn)線典型流程

智能制造技術(shù)無(wú)疑是世界制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的重

圖2 LTCC智能生產(chǎn)線構(gòu)架

3 智能生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝關(guān)鍵技術(shù)

智能生產(chǎn)線中LTCC工藝技術(shù)是頂層總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是智能制造生產(chǎn)線設(shè)計(jì)首先要開(kāi)展的。它決定了生產(chǎn)線中最重要也是投資最大的硬件，即加工設(shè)備的選型，也是智能制造生產(chǎn)線調(diào)度、運(yùn)行控制的決策依據(jù)，是決定智能制造生產(chǎn)線的節(jié)拍、工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。只有將LTCC基板智能制造工藝這塊“地基”打好，才能使這條智能生產(chǎn)線更好更快更順利地建設(shè)起來(lái)[2]。

該LTCC智能生產(chǎn)線是基于現(xiàn)已成熟的LTCC半自動(dòng)化工藝技術(shù)（8英寸），研發(fā)出適用于該智能生產(chǎn)線的新工藝技術(shù)。主要需改進(jìn)的工藝有以下幾種。

3.1.1 LTCC智能生產(chǎn)線生瓷片覆膜工藝

覆膜工藝是LTCC智能生產(chǎn)線中首先增加的工藝。本道工藝的加入改變了人工覆膜的不穩(wěn)定、對(duì)生瓷片的人工標(biāo)識(shí)等缺陷，保證了生瓷片在加工過(guò)程中的完整性，為L(zhǎng)TCC后道工序的生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

微粘膜與生瓷片相對(duì)位置的矯正是保證覆膜質(zhì)量良好的關(guān)鍵。因此在設(shè)備上我們?cè)O(shè)計(jì)了安裝標(biāo)志裝置，由于上料位置具有一致性，因此該裝置在一定程度上保證了微粘膜位置的穩(wěn)定性，提高了覆膜的準(zhǔn)確率。

3.1.2 LTCC智能生產(chǎn)線生瓷片整平工藝

整平是整個(gè)生產(chǎn)線改變最大的工藝。過(guò)去的整平工藝是由操作員手工完成，整平質(zhì)量與人員操作技術(shù)、熟練程度相關(guān)，因此在生產(chǎn)過(guò)程中具有較大的不穩(wěn)定性，生瓷片質(zhì)量也隨之會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。整平設(shè)備的出現(xiàn)完全改變了依靠人員手感以及局部整平的操作方式，整平工藝有了具體的參數(shù)并使之量化，而且采取了整片刮孔的方式，增加了整平工藝的一致性。

在整平時(shí)，設(shè)備會(huì)預(yù)先對(duì)生瓷片進(jìn)行試刮。在此期間，傳感器會(huì)對(duì)生瓷片進(jìn)行厚度測(cè)量，以此確定刀片的下降量，最后一次性進(jìn)行整平。這樣既提高了刮片的效率，也保證了成功率。

圖3 刮片系統(tǒng)

3.1.3 LTCC智能生產(chǎn)線疊片工藝

疊片是LTCC生產(chǎn)中由片成版的一道工藝。過(guò)去人工疊片采取的是對(duì)位孔套銷(xiāo)釘版的方式，幾乎全部由人工操作完成。這種方式不僅會(huì)對(duì)腔體造成一定程度的破壞，影響生坯的質(zhì)量，有時(shí)甚至?xí)股善苯訐p壞報(bào)廢。而且在疊片過(guò)程中采取套銷(xiāo)釘?shù)姆绞?，一旦力度有偏差，?huì)破壞定位孔，影響疊片層間對(duì)位精度。

智能生產(chǎn)線中的疊片工藝采取了機(jī)械搬運(yùn)的方式。為了避免掉片，設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的真空吸附夾板，改善了原始的吸嘴吸附對(duì)生瓷的精度影響甚至損壞的情況，在疊片對(duì)位時(shí)采取了CCD獲取定位孔進(jìn)行疊片精度計(jì)算的方式，目前疊片精度可以達(dá)到±20 μm。

圖4 真空吸附夾板

3.2 LTCC智能生產(chǎn)線的設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

LTCC智能生產(chǎn)線的最大優(yōu)勢(shì)就是極大地減少了人工的干預(yù)。該生產(chǎn)線不僅減少了人工成本，也相應(yīng)減少了人為對(duì)生瓷半成品的破壞，保證了生產(chǎn)質(zhì)量。因此，保證半成品的正常流轉(zhuǎn)以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳是設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 智能生產(chǎn)線的自動(dòng)上下料技術(shù)

LTCC智能生產(chǎn)線的自動(dòng)上下料技術(shù)，是產(chǎn)線流暢運(yùn)轉(zhuǎn)的“手”。由于生產(chǎn)中需要分別搬運(yùn)生瓷和托盤(pán)，需要吸盤(pán)靈活切換。除了程序上要進(jìn)行精準(zhǔn)控制外，吸嘴的設(shè)計(jì)也是難點(diǎn)之一。增加吸嘴的面積是減小壓強(qiáng)的一種方式，但是面積太大會(huì)增加生瓷變形的面積，因此需要掌握平衡點(diǎn)。通過(guò)試驗(yàn)，確定了采取Φ=0.5 mm的吸嘴。

3.2.2 智能生產(chǎn)線的設(shè)備聯(lián)動(dòng)技術(shù)

設(shè)備之間相互聯(lián)動(dòng)是生產(chǎn)線的“血管”，因此既要保證生瓷片在運(yùn)輸過(guò)程中的流暢性，更重要的是要保證信號(hào)的及時(shí)性——當(dāng)生瓷進(jìn)入設(shè)備時(shí)，能夠觸發(fā)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)的調(diào)用和調(diào)整。生產(chǎn)線在設(shè)計(jì)之初考慮到設(shè)備之間的信號(hào)傳輸，在設(shè)備之間加入了掃碼槍對(duì)生瓷進(jìn)行二維碼識(shí)別，二維碼在生瓷完成打孔工序后進(jìn)行噴繪，記錄了生瓷片的工藝參數(shù)。一旦識(shí)別了二維碼信息，設(shè)備即會(huì)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的工藝參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，減少了人工輸入?yún)?shù)的過(guò)程，節(jié)約了時(shí)間，避免了錯(cuò)誤的發(fā)生。

圖5 掃碼槍工作

3.2.3 智能生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸是生產(chǎn)線的“神經(jīng)”，負(fù)責(zé)工藝參數(shù)的下載和反饋，并且使設(shè)備調(diào)用該參數(shù)并及時(shí)進(jìn)行反饋。由于在生產(chǎn)時(shí)設(shè)備都要與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確及時(shí)傳輸是生產(chǎn)的重要保障。生產(chǎn)線采用雙冗余環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，控制層采用實(shí)時(shí)安全的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求，還能夠滿(mǎn)足管理數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。傳輸技術(shù)采用交換機(jī)、全雙工，物理層和數(shù)據(jù)鏈接層，定義報(bào)文優(yōu)先級(jí)，交換機(jī)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)；實(shí)行帶寬預(yù)留，嚴(yán)格路徑定義傳輸；同時(shí)預(yù)留非實(shí)時(shí)傳輸時(shí)間，以傳輸管理信息。

4 LTCC智能生產(chǎn)線的發(fā)展

LTCC智能生產(chǎn)線不僅是LTCC工藝技術(shù)向智能生產(chǎn)化邁進(jìn)的試驗(yàn)田，也是LTCC工藝設(shè)備向“智能制造”方向發(fā)展的一次探索[4]。目前，該LTCC智能生產(chǎn)線的優(yōu)勢(shì)在于減少了人工的參與，降低了人工成本，減少因?yàn)槿斯げ僮鲙?lái)的材料損失；而其尚存的不足在于生產(chǎn)過(guò)程中生瓷片質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備的智能化程度不夠以及設(shè)備參數(shù)的反饋問(wèn)題。這些不足不僅對(duì)工藝的穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)，要求研究符合LTCC智能生產(chǎn)線的工藝技術(shù)，同時(shí)對(duì)設(shè)備制造技術(shù)也提出越來(lái)越高的要求，使設(shè)備向穩(wěn)定性與智能化進(jìn)一步發(fā)展。

5 總結(jié)

LTCC生產(chǎn)線通過(guò)一系列的調(diào)試與運(yùn)行，目前能夠?qū)崿F(xiàn)基于生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集以及設(shè)備參數(shù)狀況的及時(shí)維護(hù)的基礎(chǔ)上，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)以及設(shè)備參數(shù)緊密聯(lián)系的數(shù)字化產(chǎn)線，達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程可監(jiān)控、可預(yù)見(jiàn)、可優(yōu)化的目的。