CN102231452B

CN102231452B - 一种ltcc滤波器制作工艺及其制得的ltcc滤波器

Info

Publication number: CN102231452B
Application number: CN2011100956435A
Authority: CN
Inventors: 张美蓉; 张海恩; 梁启新; 齐治; 赖定权; 张�杰; 张立智; 朱圆圆; 南光亮
Original assignee: Shenzhen Microgate Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Microgate Technology Co ltd
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-04-15
Also published as: CN102231452A

Abstract

一种LTCC滤波器制作工艺及其制得的LTCC滤波器，涉及一种LTCC滤波器的制作工艺，解决了LTCC滤波器干法工艺采用激光打孔、微孔注浆工艺所带来的高成本问题，包括有如下步骤：A.配料；B.流膜；C.印刷金属图案；D.印刷内埋导电柱，在生片上需要设金属连接点的位置上，采用反复印刷的方式形成内埋导电柱；E.印刷极性标识；F.切割；G.排胶和烧结；H.涂布端电极；I.电镀。多组内埋导电柱不仅起着导电互联的作用，更重要的是它们作为滤波器中的多个独立谐振体，对滤波器的电性能起着重要作用，可通过改变多组内埋导电柱的直径、高度、大小，来改变滤波器的电性能。本发明所述的多组内埋导电柱，通过改善印点导电糊膏，改善印刷对位精度，有效地减少了导电柱断开和变形的现象，并且和陶瓷粉料良好共烧，可靠性高，大大提高了合格率。

Description

一种LTCC滤波器制作工艺及其制得的LTCC滤波器

技术领域

本发明涉及一种LTCC滤波器的制作工艺，尤其涉及一种基于流延成型工艺、丝网印刷工艺的LTCC滤波器制作方法。

背景技术

近年来，手机、计算机等信息设备持续以令人瞠目结舌的势头不断发展，并逐渐成为我们生活中必不可少的工具。同时，低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)滤波器是这些移动通信设备中不可或缺的元件。

LTCC技术的基本原理及技术特征是将多层陶瓷元件技术与多层电路图形技术相结合，利用低温烧结陶瓷与金属内导体在900℃以下共烧，在多层陶瓷内部形成无源元件和互联，制成模块化集成器件或三维陶瓷基多层电路。

目前，LTCC滤波器的制作主要采用干法工艺，其制作工艺流程见图1。首先，陶瓷粉末和有机黏合剂混合配成乳状料浆。用刮刀法将料浆流延成陶瓷薄片(生片)，这种生片烧结前柔软如纸。利用激光在所需的位置上打通孔，采用微孔注浆技术用导电糊膏(Ag、Au、Cu及其合金，如Ag-Pd、Ag-Pt、Au-Pt等)填充通孔。再利用丝网印刷技术把金属图案印在生片上。印好金属图案的生片，按层排列，精确对位，加热并施加压力，以实现叠层。利用切割机按照印在陶瓷上的对位线切割，分离每个器件。把切割后的器件放进烧结炉进行900℃以下的烧结，导体金属和陶瓷一同煅烧，排出其中的有机物，最终得到LTCC滤波器。LTCC干法工艺控制精确，采用激光打孔的方法直接形成导电通道，再填充导电糊膏，工艺复杂、设备昂贵，因此LTCC滤波器的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决了LTCC滤波器干法工艺采用激光打孔、微孔注浆工艺所带来的高成本问题，而提供一种LTCC滤波器制作工艺及其制得的LTCC滤波器。低成本、工艺简单的LTCC滤波器湿法制作工艺，采用印刷内埋多组金属连接点——覆盖陶瓷膜的方法形成多组内埋导电柱。

为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：

一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是，包括有如下步骤：

A.配料

选择微波介质陶瓷粉料，并利用球磨机研磨微波介质陶瓷粉料，经过40～60h的球磨后，与有机黏合剂混合和溶剂，配制出介电常数在5～25之间的乳状料浆；

B.流膜

将制得的料浆提供给流延设备的浆罐，料浆从流延设备的流延刀口形成的缝隙中挤出，在重力作用下，形成一道垂挂的料浆瀑布后，流延设备的载板在机械摆臂的作用下，以平稳的速度直线运行，穿过料浆瀑布，从而在载板上流延出厚薄均匀的陶瓷膜片；该陶瓷膜片被载板送入到流延设备的干燥区中，在干燥区中驱出该陶瓷膜片中的溶剂而得到10～30微米的生片；

C.印刷金属图案

利用丝网印刷技术在上一步骤得到的生片上按照设计线路印刷金属图案；

D.印刷内埋导电柱

在生片上需要设金属连接点的位置上，采用反复印刷的方式形成内埋导电柱；

C、D步聚并非限于顺序进行的，在每一次制过程中B、C、D三个步聚所需重复进行的次数是根据LTCC滤波器内部结构，进行两次以上次操作，最终形成所需的三维陶瓷基板；

E.印刷极性标识

利用有色浆料在陶瓷基板表面印刷MARK点，标识LTCC滤波器的极性和正反；

F.切割

将成型所得的陶瓷基板在50℃～70℃左右温度下烘干，利用切割机将烘制后的陶瓷基板按照对位线切割，分离出单个的LTCC滤波器。

G.排胶和烧结

将上一步骤所得的LTCC滤波器放进排胶炉、烧结炉中进行排胶和烧结。

H.涂布端电极

I.电镀

涂布电极经过烧银后，以电镀方式在电极表面形成保护可焊层。

作为对本发明进一步改进的技术方案包括有：

在第B步中，采用控制料浆粘度、刀口间隙、摆臂运行速度或流延次数控制生片的厚度。

在B步骤中，陶瓷膜厚度控制在10～30微米之间。

在C步骤中，所述的印刷金属图案主要是指印刷构成电容或电感的金属图案。

所述的丝网印刷技术所采用的丝网为200目、325目或400目的丝网。

所述的配料过程中还添加有增塑剂和分散剂。

在第H步中所述的涂布端电极方法包括有：方法一、通过导电浆料浸沾；方法二、通过丝网印刷技术在陶瓷片上印刷上端电极；方法三、通过沾银机使用沾银胶轮将端浆印刷在陶瓷片上。

在第E步中，所述的有色浆料是由颜料和称之为“兄弟粉”的陶瓷粉料配制而成。

所述的丝网印刷技术所用的导电糊膏为Ag浆制作成的。

所述方法制得的LTCC滤波器，包括两层以上的陶瓷体层和金属电路层，其特征是：在两层以上的金属电路层间设有反复印刷的方式形成内埋导电柱连接。

本发明的有益效果为：本发明所述的多组内埋导电柱，不同于以往的单导电通道系统。多组内埋导电柱，形成多通道互联的多层电路系统。多组内埋导电柱不仅起着导电互联的作用，更重要的是它们作为滤波器中的多个独立谐振体，对滤波器的电性能起着重要作用，可通过改变多组内埋导电柱的直径、高度、大小，来改变滤波器的电性能。另外，多组内埋导电柱之间产生边缘电容耦合，可看成耦合传输线，容易在滤波器中产生额外的零点。通过调整边缘电容耦合量的大小，合理地利用此零点，可以有效地增强滤波器性能。多组内埋导电柱的制作工艺，增加了设计的自由度，有力地开拓了设计思路。

本发明所述的多组内埋导电柱，通过改善印点导电糊膏，改善印刷对位精度，有效地减少了导电柱断开和变形的现象，并且和陶瓷粉料良好共烧，可靠性高，大大提高了合格率。

本发明所述的导电糊膏采用Ag浆，导电率高，价格较便宜；

本发明所述的图案印刷Ag浆、金属连接点印刷Ag浆和端电极Ag浆使用不同化学组份规格的Ag浆；

本发明所述的陶瓷体、内埋导体和专用有色浆料一起共烧，形成独石结构；

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为现有的LTCC滤波器干法工艺流程图；

图2为本发明的工艺流程图；

图3为本发明所用到的流延设备示意图；

图4为本发明的LTCC滤波器立体结构示意图：

图5为本发明的实施例一LTCC滤波器内部结构分解示意图；

图6为本发明的实施例二LTCC滤波器内部结构分解示意图。

图中：1-流延头部(浆罐、流延刀口)，2-料浆，3-流延载板，4-机械摆臂，5-干燥区，6-传送带，21-陶瓷基体，22-输入端电极，23-输出端电极，24-接地端电极，25-接地端电极，26-极性标识。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的LTCC滤波器实施例进行详细描述。参照图4、图5、图6中所示，其中，图5、图6中带斜线部分为金属导体，通过丝网印刷技术在陶瓷基板上印刷导电糊膏形成。

参照图4所示，在陶瓷基体21上采用导电浆料浸沾以及进行电镀上锡形成输入端电极22、输出端电极23，通过丝网印刷或沾银机将导电端浆印刷在陶瓷基体上形成接地电极24、25。LTCC滤波器的MARK点26由有色浆料与陶瓷基体共烧而成，用于识别LTCC滤波器的极性以及正反面，另一个最要原因是便于LTCC滤波器高速分选机、自动编带机的激光识别。

以下根据具体实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并非局限于这些实施例。

参照图2中所示，一种LTCC滤波器的成型步骤如下：

A.配料

选择微波介质陶瓷粉料，并利用球磨机研磨微波介质陶瓷粉料，经过40～60h的球磨，制成均匀、超细粉料后，与有机黏合剂、增塑剂、分散剂和溶剂等配制出介电常数在5～25之间的乳状料浆；

B.流膜

将制得的料浆提供给流延设备的浆罐，料浆从流延设备的流延刀口形成的缝隙中挤出，在重力作用下，形成一道垂挂的料浆瀑布后，流延设备的载板在机械摆臂的作用下，以平稳的速度直线运行，穿过料浆瀑布，从而在载板上流延出厚薄均匀的陶瓷膜片；可以采用控制料浆粘度、刀口间隙、摆臂运行速度或流延次数控制生片的厚度。

该陶瓷膜片被载板送入到流延设备的干燥区中，干燥区驱出流延陶瓷浆料中的溶剂而得到较为干燥的生片；根据需要，一次流延的生片厚度可控制在10～30微米。

C.印刷金属图案

利用丝网印刷技术在上一步骤得到的生片上按照设计线路印刷金属图案；实现LTCC滤波器陶瓷体中内埋电路的电容C和电感L。电容是一般采用“金属-陶瓷体-金属”的形式，也可以利用边缘电容耦合来实现电容，特别是交指形电容。大电感一般由线圈构成，可以是平面螺旋线圈，也可以是层叠型线圈。丝网一般有200目、325目和400目的网，依靠所需印制图形的质量来选择丝网的目数。丝网印刷技术所用的导电糊膏为Ag浆制作成的。

D.印刷内埋导电柱

在生片上需要设金属连接点的位置上，采用反复印刷的方式形成内埋导电柱；因金属连接点高度比每次覆于其上的微波介质陶瓷材料层的厚度要大，在进行此操作后金属连接点依然显露在外，以显露出来的位置为起始点继续印刷金属连接点，然后覆盖微波介质陶瓷材料层，如此反复印刷设定的次数后即可在一个器件内形成多组内埋导电柱。

E.印刷极性标识

利用有色浆料在陶瓷基板表面印刷MARK点，标识LTCC滤波器的极性和正反；有色浆料是由颜料和称之为“兄弟粉”的陶瓷粉料配制而成，使之具有良好附着和烧结收缩。

F.切割

将成型所得的陶瓷基板在60℃左右温度下烘干，利用切割机将烘制后的陶瓷基板按照对位线切割，分离出单个的LTCC滤波器。

G.排胶和烧结

将上一步骤所得的LTCC滤波器放进排胶炉、烧结炉中进行排胶和烧结。在低温共烧陶瓷的共烧过程中，通常有机成分，如黏合剂等在排胶过程中被气化排出。

H.涂布端电极

方法一、通过导电浆料浸沾；方法二、通过丝网印刷技术在陶瓷片上印刷上端电极；方法三、通过沾银机使用沾银胶轮将端浆印刷在陶瓷片上。

I.电镀

涂布电极经过烧银后，以电镀方式在电极表面形成保护可焊层(如镍锡层)，使LTCC滤波器适于表面贴装应用。

实施例一

其中B、C、D、E步骤为陶瓷膜片成形步骤，参照图5中所示，以其中一个具体制作过程为例，进行详细说明。首先，进行步骤B，将陶瓷料浆流延成陶瓷膜片，重复流延，形成一定厚度的陶瓷基板101，我们称之为下基板；在下基板上进行步骤C，采用丝网印刷技术将Ag浆印刷成金属图案，形成接地导体102；再多次进行步骤D，用印点Ag浆印刷金属突点——覆陶瓷膜的方法，重复一定的次数，形成第一内埋导电柱103；再操作步骤C，印刷得到第一电容基片104，第二电容基片105；跟着，又进行步骤D，印刷内埋导电柱，形成第二内埋导电柱106，第三内埋导电柱107；当内埋导电柱印到设定高度后，印刷金属图案，形成第三电容基片108，第四电容基片109，第一电容基片104和第三电容基片108、第二电容基片105和第四电容基片109分别构成“金属-陶瓷体-金属”形式的叠层电容；继续操作步骤D，进一步形成第一、第二、第三内埋导电柱103、106、107；然后进行印刷电感层，由两个平面螺旋线圈形成两个电感110，第一、第二、第三内埋导电柱构成了电感110和接地导体102、第一电容基片104、第二电容基片105之间的导电通路；再次进行步骤D，继续印刷突点，进一步堆叠形成第二、第三导体柱；印刷Ag浆，形成第五电容基片111，第六电容基片112；然后进行步骤D，继续印刷突点，再进一步堆叠形成第二、第三导体柱，直至印刷第七电容基片113，第八电容基片114，第二导电柱与第七电容基片113相接，第三导电柱与第八电容基片114相接，构成导电通路；随后进行步骤B，流延陶瓷膜片，构成一定厚度的微波介质陶瓷层；在微波介质陶瓷层上印刷Ag浆形成第九电容基片115；再次流延陶瓷料浆，重复流延，形成一定厚度的陶瓷基板把金属层覆盖，我们称这一层一定厚度的陶瓷层为上基板；最后，使用专用有色浆料在陶瓷基板的上表面印刷MARK点标识。

与现有LTCC滤波器相比，利用上述方法制得的LTCC滤波器，最主要的不同之处在于在两层以上的金属电路层间(比如说：第一电容基片与平面螺旋线圈间)设有能过反复印刷的方式形成内埋导电柱连接。

实施例二

参照图6，并结合图4中所示，陶瓷膜片成形的另一具体制作步骤为：首先流延陶瓷浆料，形成陶瓷生料膜，重复流延形成下基板201；在基板上印刷金属图案，形成接地屏蔽层202，通过涂布电极202将与外部接地端电极24、25相连；平板电极203、204与接地屏蔽层202形成了两个接地电容；平板电极207、208分别与引出电极211、212形成输入/输出电极，其中引出电极211、212将与输入、输出电极22、23相连；平板电极207、208通过一组内埋导电柱209、210与平板电极213、214分别连接；平板电极213、214与引出电极211、212形成输入/输出电容，与前面所述的输入/输出电容形成并联电容；螺旋金属导体线217形成两个互耦的电感。这两个电感互相耦合形成的空间电磁耦合是LTCC滤波器带内能量耦合的关键，决定着通带内的插入损耗。空间电磁耦合太大，会导致带通滤波器的过耦合；空间电磁耦合太小，也可导致带通滤波器的欠耦合；通过优化有一个最佳的耦合量能够在工作频率范围内形成空间耦合谐振。两个螺旋电感217通过内导电柱215和216分别与下一层的金属导体平板213和214连接起来，形成并联电容。平板电极218、219与输入/输出端电极22、23连接，并与上层平板电极220形成输入/输出间的跨接电容。本实施例中通过多组内埋导电柱205、206、209、210、215、216将接地电容与两个螺旋电感分别连接，形成两个LC并联谐振器。其中多组内埋导电柱即充当了导电通路的作用，又充当了部分谐振电感的作用，对LTCC滤波器的工作频率产生影响。

Claims

1.一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是，包括有如下步骤： A．配料

选择微波介质陶瓷粉料，并利用球磨机研磨微波介质陶瓷粉料，经过40~60h的球磨后，与有机黏合剂混合和溶剂，配制出介电常数在5~25之间的乳状料浆；

B．流膜

将制得的料浆提供给流延设备的浆罐，料浆从流延设备的流延刀口形成的缝隙中挤出，在重力作用下，形成一道垂挂的料浆瀑布后，流延设备的载板在机械摆臂的作用下，以平稳的速度直线运行，穿过料浆瀑布，从而在载板上流延出厚薄均匀的陶瓷膜片；该陶瓷膜片被载板送入到流延设备的干燥区中，在干燥区中去除该陶瓷膜片中的溶剂而得到10~30微米的生片；

C．印刷金属图案

D．印刷内埋导电柱

C、D步聚并非限于顺序进行的，在每一次制过程中B、C、D三个步聚所需重复进行的次数是根据LTCC滤波器内部结构决定，通常进行两次以上次操作，最终形成所需的三维陶瓷基板；

E．印刷极性标识

F．切割

将成型所得的陶瓷基板在50℃~70℃左右温度下烘干，利用切割机将烘制后的陶瓷基板按照对位线切割，分离出单个的LTCC滤波器；

G．排胶和烧结

将上一步骤所得的LTCC滤波器放进排胶炉、烧结炉中进行排胶和烧结；

H．涂布端电极

I．电镀

2.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：在第B步中，采用控制料浆粘度、刀口间隙、摆臂运行速度或流延次数控制生片的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：在B步骤中，陶瓷膜厚度控制在10~30微米之间。

4.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：在C步骤中，所述的印刷金属图案主要是指印刷构成电容或电感的金属图案。

5.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：所述的丝网印刷技术所采用的丝网为200目、325目或400目的丝网。

6.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：所述的配料过程中还添加有增塑剂和分散剂。

7.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：在第H步中所述的涂布端电极方法包括有：方法一、通过导电浆料浸沾；方法二、通过丝网印刷技术在陶瓷片上印刷上端电极；方法三、通过沾银机使用沾银胶轮将端浆印刷在陶瓷片上。

8.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：在第E步中，所述的有色浆料是由颜料和称之为“兄弟粉”的陶瓷粉料配制而成。

9.根据权利要求1所述的一种LTCC滤波器的制作工艺，其特征是：所述的丝网印刷技术所用的导电糊膏为Ag浆制作成的。

10.由权利要求1至9项任一项所述制作工艺制得的LTCC滤波器，包括两层以上的陶瓷体层和金属电路层，其特征是：在两层以上的金属电路层间设有反复印刷的方式形成内埋导电柱连接。