小型化LTCC低通滤波器设计与制造工艺研究

　　4 关键工艺研究

　　LTCC工艺最大的难点在于工艺参数的敏感性、加工结果的非直观性和烧结后基板的不可返工性。对于具体的产品基板，因材料、尺寸、层数、结构、图形 分布、后烧状态等的不同，往往需要通过多轮次的实际产品加工参数调整与渐进优化，才能得到很满意的LTCC基板，尤其是烧结、层压的工艺参数，对基板的质 量影响很大。期望获得合格、高质量、高性能的LTCC基板，除了严格控制各个加工工序的材料、环境、参数、过程外，还必须在叠片前检验剔除不合格的生瓷片 层，在烧结后监控基板的收缩率、密度、强度、平整度、通断状态等关键指标.

　　4.1 通孔填充和印刷

　　在LTCC工艺中，通孔填充主要是为了层间电路连接，在生瓷片上形成的通孔中填满导电浆料。此外，在某些高频的电路设计中，还需要屏蔽孔，起到电磁 屏蔽的作用。LTCC设计中通常使用0.1 mm、0.15 mm、0.2 mm三种规格的通孔作为信号通孔。由于在工艺流程中会产生一定的误差，使用过小的通孔会导致层间互联通孔的连接变差，如果通孔直径大于0.3 mm或者小于0.15 mm,金属化时都很难形成盲孔或者埋孔，从而降低了基板的成品率和可靠性，所以通常设计中尽量避免使用小于0.1 mm的通孔作为层间电气连接的信号通孔。本文中设计的滤波器中都采用0.2 mm的通孔。填充工艺中出现的问题主要有两种，一是填充浆料过多，浆料溢出漫延会对产品的性能和可靠性造成影响，甚至造成电路短路，导致产品失效;另一种 是填充不饱满，造成层间连接失效。在微孔填充工艺中，根据生瓷片厚度以及填充浆料的特性，通过反复的实验，选择合适的填充压力和加压时间，最终取得良好的 填充效果，如图7所示。

　　印刷是将设计好的电路图形转移到生瓷片的过程，在LTCC工艺中一般采用丝网印刷的方式将导体浆料印刷在生瓷片上。印刷是LTCC工艺中重要的一个 环节，印刷质量直接关系到最终电路的电性能，同时印刷也是LTCC工艺中最难控制的工艺环节，因为印刷质量和很多因素有关，主要包括：

　　(1)丝网规格;

　　(2)印刷过程条件;

　　(3)导体浆料特性;

　　(4)丝网特性。

　　好的印刷质量主要是指印刷图形位置准确、浆料量适中、形状正确、印刷稳定等。在滤波器电路图形的印刷过程中，开始容易出现印刷效果差的情况，通过不 断的改进，在丝网印刷过程中优化控制好刮板压力、印刷速度、折距等工艺参数，得到较好质量的印刷图形。丝网印刷的印刷质量如图8所示。

　　4.2 叠片和层压

　　叠片是将印刷和填孔后的单个生瓷片通过校位叠片后进行热压，使多张生瓷片结合成为一体，叠片的精度是保证三维电路连接准确不可或缺的工序，叠片精度 差会造成层间电路的互连错位，从而影响电路的性能，甚至使得电路失效，如图9所示。在早期的LTCC工艺中较多使用手工叠片的方式，随着LTCC电路印刷 线路和通孔尺寸的缩小，手工叠片对位的精度逐渐满足不了工艺要求，现在普遍采用自动化的叠片设备，主要由CCD摄像头、一个XY-θ平台和一个固定平台组 成，通过校准生瓷片上的对位孔和摄像头的中心轴，作为对位的标准光轴，将生瓷片放在XY-θ平台上并调整位移和角度，使对位孔中心和标准光轴重合，从而达 到精确对位的效果，目前自动化叠片设备的层间对位精度可以达到10 μm以下。

　　层压是将叠片完成的生瓷片通过单轴压或者等静压，使其成为致密的整体，本文中滤波器制作工艺中采用等静压的方式，先将叠片完成的生瓷片真空包封在防 水的袋中，然后放入等静压层压机的压力水腔进行层压。层压的基本参数是压力和温度，本文中使用的工艺条件为压力21 MPa,层压温度70 ℃，先预热5 min,然后升压至层压压力，层压时间13 min.层压过程中最大的问题是分层，分层会导致基板烧结后产生分层断裂和缺陷变形。为了防止分层现象，需要根据产品的特性优化层压的条件，包括压力、温 度、时间等参数。

　　5 结论

　　本文设计了一种小型化的LTCC低通滤波器，通过对滤波器原理图的分析和仿真，建立了低通滤波器三维电路物理模型并完成三维电磁场仿真，滤波器采用 集总参数形式的多层螺旋结构电感和VIC电容设计，采用14层生瓷片结构，尺寸面积为3.2 mm×1.6 mm×1.4 mm.重点分析了LTCC低通滤波器电路版图设计和工艺流程中的一些关键问题，并在LTCC工艺线上完成滤波器的加工，滤波器电路的实物图如图10所示。 900M小型化LTCC低通滤波器可广泛应用于无线移动通信系统中。