馬其琪，楊興宇，馮曉曦

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

近年來(lái)，隨著航空航天、通信技術(shù)以及人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)電子元器件的多功能、高可靠、高集成方面的要求日益加強(qiáng)。采用低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC） 工藝制作的基板具有可實(shí)現(xiàn)芯片封裝、內(nèi)埋置無(wú)源元件及高密度電路組裝的功能，成為目前很多電子產(chǎn)品的重要制造技術(shù)[1]。

在LTCC 基板生產(chǎn)過(guò)程中，由于人為操作失誤等原因，常常會(huì)有外觀問(wèn)題，例如導(dǎo)線或焊盤(pán)缺金、漏孔等問(wèn)題。這些外觀問(wèn)題雖然不會(huì)影響基板的電性能，但是會(huì)影響基板的焊接特性、鍵合力等性能。為此需要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行修補(bǔ)。但是在修補(bǔ)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，基板在850 ℃后燒后會(huì)出現(xiàn)諸如孔凸起、電阻變化大等現(xiàn)象。尤其是有內(nèi)阻的基板，經(jīng)過(guò)后燒以后，電阻值已經(jīng)超出容差范圍，只能報(bào)廢。為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)了解LTCC 基板的后燒特性，以尋求解決后燒帶來(lái)的外觀以及電阻變化問(wèn)題的辦法。

1 方阻漿料后燒特性

電阻是LTCC 基板上重要的無(wú)源器件之一。電阻的精確度對(duì)基板的電性能有著極其重要的影響。

在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)后電阻與設(shè)計(jì)往往存在著偏差而且后燒后的電阻值變化過(guò)大。電阻值偏小的電阻可以通過(guò)激光進(jìn)行微調(diào)整，但是電阻值偏大的電阻卻沒(méi)有辦法進(jìn)行調(diào)整。如何解決電阻值偏大的問(wèn)題以及后燒電阻值變化過(guò)大的問(wèn)題是本研究要解決的問(wèn)題。

燒結(jié)是影響電阻值的重要因素，目前使用的燒結(jié)曲線：排膠升溫速率為0~450 ℃，1 ℃/min；排膠溫度為450 ℃，保溫時(shí)間為150 min；燒結(jié)溫度為850 ℃，保溫時(shí)間為10 min。經(jīng)過(guò)大量燒結(jié)試驗(yàn)驗(yàn)證，此環(huán)境下電阻值能基本保持在穩(wěn)定的水平。

這里列舉了常用的幾種方阻漿料，例如10 Ω、100 Ω、1 kΩ、10 kΩ 等，將其分別印刷在Ferro A6M 生瓷片上，先進(jìn)行低溫共燒，測(cè)得后燒前的電阻值。將樣品分兩批利用鏈?zhǔn)綘t分別對(duì)其進(jìn)行了在750 ℃、800 ℃、850 ℃環(huán)境下后燒，保溫時(shí)間分別為5 min、10 min，記錄其變化，見(jiàn)表1~表4。

表1 10 Ω 方阻漿料后燒前后電阻變化

表2 100 Ω 方阻漿料后燒前后電阻變化

表4 10 kΩ 方阻漿料后燒前后電阻變化

表3 1 kΩ 方阻漿料后燒前后電阻變化

通過(guò)表1~表4 可以得知，以上幾種方阻漿料電阻值在750 ℃下后燒均不會(huì)變化。在800 ℃下后燒10 Ω、100 Ω、1 kΩ 方阻漿料，5 min 和10 min情況下電阻值均會(huì)變小，10 Ω 和100 Ω 漿料的變化率最大，達(dá)到10%左右，10 kΩ 電阻值卻會(huì)變大。在850 ℃下后燒，以上幾種方阻漿料電阻值均變小，同樣是10 Ω 和100 Ω 方阻漿料的變化率最大，可達(dá)30%左右。

通過(guò)大量后燒實(shí)驗(yàn)，了解了不同的方阻漿料、不同的后燒溫度以及不同的后燒時(shí)間引起的變化均不相同。變化規(guī)律見(jiàn)表5。

表5 不同方阻的后燒電阻變化規(guī)律

一般的，共燒完成后，電阻值會(huì)小于預(yù)設(shè)電阻值范圍。由于印刷參數(shù)或者燒結(jié)的影響，電阻值會(huì)偏大，影響激光調(diào)阻。通過(guò)調(diào)整后燒曲線，可以將不同電阻值的范圍調(diào)整至激光可調(diào)的范圍，對(duì)電阻值的精準(zhǔn)控制提供幫助。

2 方阻漿料后燒特性應(yīng)用

通過(guò)查閱資料可知[2]，金屬漿料的燒結(jié)完成溫度是600 ℃，而玻璃-陶瓷的燒結(jié)溫度是850 ℃。

600 ℃進(jìn)行后燒是不會(huì)引起電阻值的變化的。因此，理論上利用方阻漿料與金屬漿料的燒結(jié)溫度差可以解決后燒帶內(nèi)阻基板引起的電阻變化問(wèn)題。

由表5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，電阻在750 ℃下后燒電阻值是不會(huì)變化的。結(jié)合電阻的后燒特性，遇到有內(nèi)埋電阻的基板外觀修補(bǔ)時(shí)，就可以通過(guò)控制后燒溫度來(lái)使修補(bǔ)漿料完成燒結(jié)，并且不會(huì)引起內(nèi)埋電阻的變化。

但是在此溫度下后燒后的金屬漿料是否已經(jīng)燒結(jié)完成，修補(bǔ)過(guò)的基板導(dǎo)線和焊盤(pán)是否符合組裝客戶交付要求，需要對(duì)鍵合力和膜層附著力等幾項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

將金屬漿料均勻涂抹在要修補(bǔ)的基板焊盤(pán)和導(dǎo)帶上，在700 ℃溫度下后燒1 h，保溫時(shí)間10 min。表6 為后燒電阻變化統(tǒng)計(jì)。檢測(cè)基板上的電阻變化情況并參考GJB 548B《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》中破壞性鍵合拉力試驗(yàn)，對(duì)后燒完成后將基板修補(bǔ)部分進(jìn)行金絲鍵合并進(jìn)行拉力實(shí)驗(yàn)，測(cè)試焊盤(pán)鍵合拉力[3]。表7 為25 μm 金絲鍵合拉力測(cè)試結(jié)果。

表6 后燒電阻變化統(tǒng)計(jì)

表7 25 μm 金絲鍵合拉力測(cè)試結(jié)果

表6 中數(shù)據(jù)表明，在700 ℃下后燒的修補(bǔ)的基板上的電阻值均未發(fā)生變化；而且表7 的數(shù)據(jù)表明此后燒條件下的焊盤(pán)、導(dǎo)帶表面修補(bǔ)的金屬漿料均已完全燒結(jié)，能承受5 倍以上的單位質(zhì)量對(duì)應(yīng)鍵合拉力，滿足金絲鍵合拉力測(cè)試的合格范圍。

膜層附著力測(cè)試參照GJB 243A-2003《混合基層電路通用規(guī)范》試驗(yàn)條件，利用3M 膠帶對(duì)修補(bǔ)部分進(jìn)行膜層附著力測(cè)試，并未發(fā)現(xiàn)3M 膠帶上有脫落的金屬漿料以及膜層起皮或者脫落的情況。

以往外觀修補(bǔ)后的基板850 ℃后燒都存在著通孔突起的情況，影響基板平整度。改用新曲線后燒的基板，在顯微鏡下檢測(cè)通孔外觀，發(fā)現(xiàn)原先在850 ℃下后燒的通孔突起現(xiàn)象也改善了許多，經(jīng)過(guò)測(cè)厚儀測(cè)試，突起值均小于10 μm，見(jiàn)圖1。所以此條件下修補(bǔ)的基板焊盤(pán)是完全符合檢驗(yàn)要求的。

圖1 后燒完成后的基板孔突起狀況

3 結(jié)論

利用方阻漿料在不同的后燒溫度和時(shí)間下變化規(guī)律的差異，可以通過(guò)微調(diào)使其達(dá)到激光可調(diào)的范圍；利用金屬漿料與方阻漿料的后燒溫度的差異，也可以用來(lái)避免在進(jìn)行基板外觀修補(bǔ)時(shí)造成電阻的偏差，減少了廢品的產(chǎn)生，提高了生產(chǎn)合格率。