CN104999574B - 超厚多层共烧陶瓷的切片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超厚多层共烧陶瓷的切片方法，在顶层生瓷片、底层生瓷片上，印制上切片对准线；使获得的熟瓷陶瓷板上的切片对准线位于陶瓷板的顶面和底面；划片膜粘绷在框架上；将陶瓷板粘贴在划片膜上，形成顶面划片板膜框组；将顶面划片板膜框组固定在载片台上；沿陶瓷板顶面的切片对准线进行划切，将陶瓷板上半部划切出纵横垂直交错的顶面切口；将陶瓷板揭下翻转，将具有切口的顶面朝下粘贴在粘绷于另一框架上的划片膜粘性表面，形成底面划片板膜框组；将底面划片板膜框组固定在载片台上；沿陶瓷板底面的切片对准线进行划切，直至与顶面切口相贯通。本发明的方法可保证硬质陶瓷板的切口质量，避免损坏刀片，实现超厚陶瓷板的切片。

Description

超厚多层共烧陶瓷的切片方法

技术领域

本发明涉及一种共烧陶瓷的切片方法，尤其涉及一种对超厚多层共烧陶瓷的切片方法。

背景技术

多层共烧陶瓷是一种制造现代微电子组件用多层电学互连基板和封装外壳的先进工艺技术，按其构成部分的多层介质材料与导体材料共同烧结时的温度高低不同，可分为LTCC（低温共烧陶瓷）和HTCC（高温共烧陶瓷），因材料性能特点的差别，LTCC既用于制作基板又用于制作外壳，而HTCC通常只用于制作外壳。

采用多层共烧陶瓷工艺制作基板或外壳，一般都需要将基板或外壳单元拼版为多联片后按4英寸、6英寸或8英寸方片生瓷片流片加工。在多层生瓷片叠压为整块生瓷板后，采用烧前软板的刀片热切或烧后硬板的砂轮旋切工艺，将整体陶瓷板分切为多个单元陶瓷块（单元基板或外壳）。

随着微电子技术的快速发展，3D-MCM（三维多芯片组件）、SIP（系统级封装）、MEMS（微机电系统）组件、T/R（发射/接收）组件等高性能微电子组件的功能越来越多、集成密度越来越高、组封装结构越来越复杂，使作为其基础构件的基板或外壳的互连层数越来越多、厚度越来越大，往往需要加工层数超过50层、厚度大于5mm的多层、超厚共烧陶瓷。

然而，目前用于软板刀片热切工艺的生瓷热切机和用于硬板砂轮旋切工艺的砂轮划片机的最大切片深度都只能达到5mm，也即当联片加工的多层共烧陶瓷烧前生瓷板或烧后熟瓷板的厚度超过5mm时，就不能采用常规的切片工艺方法分切为多个单元陶瓷块。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种超厚多层共烧陶瓷的切片方法，解决多层共烧陶瓷加工中常用的单面切片最大切厚只能达到5mm的难题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、在单层生瓷片导电带网印工序中，分别在顶层生瓷片的上表面上、底层生瓷片的下表面上，随导电带图形一起印制上切片对准线；

步骤2、通过多层共烧陶瓷的叠片、层压和烧结工序，获得熟瓷陶瓷板，使切片对准线位于陶瓷板的顶面和底面且上下对正；

步骤3、将单面粘性的划片膜粘绷在框架上；将待切片的陶瓷板顶面朝上粘贴在划片膜具有粘性的表面之上，形成顶面划片板膜框组；

步骤4、将顶面划片板膜框组固定在划片机的载片台上；

步骤5、采用砂轮划片机沿陶瓷板顶面的切片对准线进行划切，将陶瓷板上半部划切出纵横垂直交错的顶面切口；

步骤6、将陶瓷板从划片膜上揭下翻转，将具有切口的顶面朝下粘贴在粘绷于另一框架上的划片膜粘性表面，形成底面划片板膜框组；

步骤7、将底面划片板膜框组固定在划片机的载片台上；

步骤8、采用砂轮划片机沿陶瓷板底面的切片对准线进行划切，切出纵横垂直交错的底面切口，直至底面切口与顶面切口相贯通为止，陶瓷板被分切为多个单元陶瓷块。

框架的一侧具有一凸缘，划片机载片台上设置两个分别卡于凸缘两端的定位销，对框架进行定位。

步骤4、步骤7中，通过真空吸附顶面划片板膜框组、底面划片板膜框组中的划片膜不具有粘性的背面，使顶面划片板膜框组、底面划片板膜框组固定在划片机的载片台上。

所述顶面切口的深度不小于陶瓷板厚度的一半。

顶层生瓷片或底层生瓷片上的切片对准线均包括至少一组垂直相交的横向对准线和纵向对准线。

顶层生瓷片上的切片对准线与底层生瓷片上的切片对准线呈180度翻转对称。

所述切片对准线位于导电带图形的周围。

砂轮划片机划切陶瓷板时，采用多刀渐进加深切割的方式。

砂轮划片机划切时按陶瓷板厚度的50%～55%分多刀渐进向下加深旋切。

本发明所达到的有益效果：

1） 通过合理选择划片机的砂轮-法兰组，并采取分别从超厚陶瓷板的顶面、底面旋切贯通的方法，解决多层共烧陶瓷加工中常用单面切片最大切厚只能达到5mm的难题，有效实现厚度5mm～10mm的超厚多层陶瓷的分切加工；

2） 通过精确设计和制作多层共烧陶瓷板顶面、底面上的成组切片对准线，并利用砂轮刀片相对于划片台的精密行进切片，使双面切片贯通后超厚陶瓷板的切面平面度小于20微米；

3） 通过合理设定空刀行进量、最大切深、切片刀数、单刀切深、刀片转速、走刀速度、冷却水量等工艺参数，并正确调节冲水方向，保证硬质陶瓷板的切口质量，避免损坏刀片，顺利实现超厚陶瓷板的切片。

附图说明

图1a顶层生瓷片上表面上的超厚陶瓷板顶面成组切片对准线；

图1b底层生瓷片下表面上的超厚陶瓷板底面成组切片对准线；

图2 9单元联片加工共烧后超厚陶瓷板顶面与底面上下对正的成组切片对准线；

图3a超厚陶瓷板的“划片板膜框组”示意图；

图3b是图3a的左视图；

图4a安装在砂轮划片机真空载片台面上的划片板膜框组；

图4b是图4a的左视图；

图5a超厚陶瓷板划片用的“砂轮-法兰组”；

图5b是图5a的左视图；

图6超厚陶瓷板的切片状态；

图7a上半部已划切出纵向切口的超厚陶瓷板；

图7b上半部已划切出横向切口的超厚陶瓷板；

图8砂轮切片好的单元陶瓷块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明专利申请的简明技术方案为：

1、在单层生瓷片导电带网印工序中，分别在顶层生瓷片的上表面上、底层生瓷片的下表面上，随导电带图形一起印制好陶瓷板的切片对准线（图1），包括横向对准线11、21和纵向对准线12、22；

2、通过多层共烧陶瓷的叠片、层压、烧结工序，获得平整的超厚刚性熟瓷陶瓷板100，板的顶面、底面制备有上下对正的切片对准线（图2）；

3、先将单面粘性的划片膜3粘绷在绷膜不锈钢框架4上，框架4具有一凸缘41；再将待切片的陶瓷板100顶面朝上粘贴在绷紧了的划片膜3表面，形成顶面划片板膜框组200（图3a、图3b）；

4、通过框架凸缘41与划片机载片台300上的定位销5卡位，通过划片机台面真空吸附划片膜的无粘性面，将顶面划片板膜框组200平稳安装在划片机的载片台300上（图4a、图4b）；

5、采用砂轮划片机并选用合适规格的砂轮-法兰组400（图5a、图5b），沿超厚陶瓷板100顶面的切片对准线，多刀渐进加深切片（图6）至刚过陶瓷板100一半板厚的深度，将陶瓷板100上半部划切出纵横垂直交错的细条横向切口111、纵向切口121（图7a、图7b）；

6、从划片膜3上揭下上半部已划好切口的超厚陶瓷板100，使有切口的顶面朝下，将陶瓷板100粘贴在绷紧于另一划片不锈钢框架上的划片膜表面，形成底面划片板膜框组；

7、按与本简明技术方案之第4条相同的方法，将底面划片板膜框组安装在划片机载片台上；

8、采用砂轮划片机，沿超厚陶瓷板底面的切片对准线，多刀渐进加深划片至底面纵横切口与板上半部的切口相贯通，超厚陶瓷板被分切为多个单元陶瓷块（图8）。

下面详细介绍本发明的相关具体工艺方法：

1切片对准线的设计与制作

在超厚多层共烧陶瓷板的顶面、底面设计和制作出双面对称的纵、横方向成组直线导电带，作为切片对准线：

1） 如图1a、图1b所示，按超厚多层共烧陶瓷板联片加工时，分别在顶层生瓷片的上表面、底层生瓷片的下表面上，在分切为单块陶瓷板的位置设计出宽度0.28mm的纵横交错成组导电带，作为切片对准线；

2） 顶层生瓷片上的顶面切片对准线与底层生瓷片上的底面切片对准线呈180度翻转对称而上下对正，一般可布置在联片区外围的空白处；

3） 切片对准线分别融入顶层生瓷片上表面上的导电带图形、底层生瓷片下表面上的导电带图形中一同网印出来；

4） 已填充好层间互连孔并网印好导电带等功能图形的多层生瓷片经精密叠片、温水等静压层压、共烧，得到联片的整体多层共烧硬质陶瓷板，由成组导电带构成的顶面、底面切片对准线上下对正，如图2所示。

2切片工装的选用

超厚多层共烧陶瓷的切片工艺需用到“划片板膜框组”、“砂轮-法兰组”两种基本工装。

“划片板膜框组”按以下方法选择和使用：

1） 选择一面具有合适粘力、另一面无粘力的划片膜和与砂轮划片机载片台配套用的绷膜不锈钢框架，将划片膜平整地紧绷粘贴在框架上，裁除框架外围多余的划片膜；

2） 先将已粘好框架的划片膜无粘力面朝下放置在干净的厚玻璃板上，再将待切片超厚陶瓷板粘贴在框架中间部位的划片膜有粘力的膜面上，使陶瓷板基本位于空出划片膜的正中间且其纵、横边分别与框架的纵、横内边平行，擀去或挑破陶瓷板与粘膜间的气泡，保证板与膜粘接良好，得到如图3a、图3b所示的“划片板膜框组”；

3） 如图4a、图4b所示，划片前将“划片板膜框组”的无粘力膜面朝下放置到砂轮划片机的真空载片台上，通过框架凸缘与载片台上的框架定位销卡位及台面真空吸附划片膜，将“划片板膜框组”平稳安装在载片台上。

“砂轮-法兰组”按以下方法选择和使用：

1） 砂轮片通过法兰装卡后构成如图5a、图5b所示的“砂轮-法兰组”400，砂轮片401超出法兰外缘的量为砂轮暴露量402，代表了划片所能达到的理论最大切深，而划片实际最大切深受到设备与工装尺寸误差、砂轮磨损、法兰外缘与被切板顶面间空隙要求、深槽切口摩擦等因素的限制，一般应小于理论最大切深0.8mm～2mm；

2） 厚度5mm～10mm超厚多层陶瓷的切片，选用厚度0.3mm、外径116.84mm（4.6in）的树脂基金刚石砂轮片；

3） 厚度5mm～6mm、6mm～8mm、8mm～10mm的超厚多层陶瓷，可分别对应选用外径为109.22mm（4.3in）、106.68mm（4.2in）、104.14mm（4.1in）的法兰，构成砂轮暴露量分别对应为3.81mm、5.08mm、6.35mm的“砂轮-法兰组”进行切片加工；

4） 在“砂轮-法兰组”安装到划片机的砂轮电机轴上进行切片加工的过程中，利用划片机设备的探高功能可测出砂轮片磨损后超出法兰外缘的实际暴露量，从而确定是否可以安全地继续切片或者必须更换上新的砂轮片。

3切片工艺参数设定

超厚多层共烧陶瓷硬质板的砂轮旋切划片的主要工艺参数可按如下设定：

1） 砂轮片未切削到陶瓷板之前载片台的空刀行进量为10mm～15mm，即载片台的行程可设定为大于陶瓷板尺寸20mm～30mm；

2） 砂轮片转速14000rpm～15000rpm；

3） 载片台行进速度0.8mm/s～1.1mm/s；

4） 每刀切深1.0mm～1.2mm，每一切口分为多刀从板的两面切通，顶面、底面切片深度大体相同，均为略大于板厚的一半；

5） 横向、纵向的切口数分别对应为联片的横向、纵向单元数再加1；

6） 采用流速2.0L/min～2.5L/min的去离子水（纯水）冷却旋转的砂轮片，水柱以与水平方向呈约25度的角度冲淋到切割部位并包裹住砂轮片的外刃及两面侧壁。

4砂轮双面切片方法

按以下方法，采用砂轮划片机将多联片加工的厚度5mm～10mm超厚多层陶瓷板分切为多个单元陶瓷块：

1） 根据陶瓷板的厚度，选用、组装好合适的“砂轮-法兰组”，并安装到砂轮划片机的砂轮电机轴6上，如图6；

2） 设定好切片工艺参数；

3） 粘接制备好顶面“划片板膜框组”，并安装到砂轮划片机的载片台上；

4） 借助砂轮划片机的影像对准系统使砂轮片刀刃与陶瓷板顶面的横向第一对切片对准线对正（厚0.3mm的砂轮片一刀划刀掉宽0.28mm的切片对准线导电带而无残留）后划切，按陶瓷板厚度的50%～55%分多刀渐进向下加深旋切（图6），完成横向第一条切口的顶面划切；

5） 按步骤4）的相同方法，完成顶面横向其它切口的划切；

6） 载片台使陶瓷板随“划片板膜框组”旋转90度后，按步骤4）、5）的相同方法完成顶面纵向全部切口的划切，得到图7a、图7b所示的上半部划切出纵横垂直交错细条切口的陶瓷板；

7） 从划片膜上揭下陶瓷板，并按步骤3）～6）的类同方法，完成底面横向、纵向全部切口的划切，使每一条顶面、底面切口都对正贯通，将整块超厚陶瓷板分切为侧壁切面平面度小于20微米的多个单元陶瓷块（图8）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、在单层生瓷片导电带网印工序中，分别在顶层生瓷片的上表面上、底层生瓷片的下表面上，随导电带图形一起印制上切片对准线；

步骤2、通过多层共烧陶瓷的叠片、层压和烧结工序，获得熟瓷陶瓷板，使切片对准线位于陶瓷板的顶面和底面且上下对正；

步骤3、将单面粘性的划片膜粘绷在框架上；将待切片的陶瓷板顶面朝上粘贴在划片膜具有粘性的表面之上，形成顶面划片板膜框组；

步骤4、将顶面划片板膜框组固定在划片机的载片台上；

步骤5、采用砂轮划片机沿陶瓷板顶面的切片对准线进行划切，将陶瓷板上半部划切出纵横垂直交错的顶面切口；

步骤6、将陶瓷板从划片膜上揭下翻转，将具有切口的顶面朝下粘贴在粘绷于另一框架上的划片膜粘性表面，形成底面划片板膜框组；

步骤7、将底面划片板膜框组固定在划片机的载片台上；

步骤8、采用砂轮划片机沿陶瓷板底面的切片对准线进行划切，切出纵横垂直交错的底面切口，直至底面切口与顶面切口相贯通为止，陶瓷板被分切为多个单元陶瓷块；

步骤4、步骤7中，通过真空吸附顶面划片板膜框组、底面划片板膜框组中的划片膜不具有粘性的背面，使顶面划片板膜框组、底面划片板膜框组固定在划片机的载片台上。

2.根据权利要求1所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，框架的一侧具有一凸缘，划片机载片台上设置两个分别卡于凸缘两端的定位销，对框架进行定位。

3.根据权利要求1所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，所述顶面切口的深度不小于陶瓷板厚度的一半。

4.根据权利要求1所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，顶层生瓷片或底层生瓷片上的切片对准线均包括至少一组垂直相交的横向对准线和纵向对准线。

5.根据权利要求1或4所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，顶层生瓷片上的切片对准线与底层生瓷片上的切片对准线呈180度翻转对称。

6.根据权利要求1所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，所述切片对准线位于导电带图形的周围。

7.根据权利要求1所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，砂轮划片机划切陶瓷板时，采用多刀渐进加深切割的方式。

8.根据权利要求1或7所述的超厚多层共烧陶瓷的切片方法，其特征是，砂轮划片机划切时按陶瓷板厚度的50%～55%分多刀渐进向下加深旋切。