叠层电感干法工艺

干法工艺介绍——干法线工作札记2015年8月干法是一种趋势，未来片式电感的发展方向，所以我们要重视！此次从材料知识、结构知识和工艺知识三方面进行学习。一、材料知识关键材料：浆料、流延基材、介质材料和电极材料。浆料包含介质材料、溶剂树脂等，浆料作用在于将介质材料均匀分散涂布在载体上，便于后期加工处理。流延基材为PET离型膜，是在PET上涂布含硅的特殊材质卷绕而成，作用在于承载浆料流延形成具有一定附着力便于后期加工。电感介质材料采用低介（低介电常数）玻璃陶瓷粉。电极材料即银浆，起导电作用。A.流延基材卷装白色透明薄膜。其相关工艺参数包括：厚度、离型力、耐热性等厚度离型力耐热性50um55±15g/25mm横向1.5%@150℃/30min纵向0.5%@150℃/30min厂家离型力检测设备、材质及方法B.DJ1026瓷粉该粉料为白色粉末。其相关工艺参数包括：比表面、粒度、介电常数、组份等指标名称单位DJ-1026粉体颜色--白失重％1.0收缩率（900℃/30min）％18±2D10μ1.25±0.2D50μ2.4±0.4D90μ5.0±1.2体积电阻率logρΩ·㎝14.0介电常数εr（1MHz）--7.95推荐烧成温度℃850±50化学名称分子式含量烧结玻璃粉Si-Al-B玻璃氧化硼11.75二氧化硅63.7三氧化二铝22.7要应用于叠层片式高频电感，必须是低介陶瓷。对于这类低介瓷，需要首先满足以下几点基本要求：•A．烧结温度低于900℃，不与Ag反应，能和银电极实现共烧；•B．介电常数低，一般希望ε≤5，以提高自谐频率，减少信号延迟；•C．介电损耗低，一般希望tgδ在10-3量级，以提高产品Q值；•D．材料最好能够在空气气氛中烧结，不需要保护气氛；•E．有足够的机械强度。目前广泛研究的高频陶瓷主要有两种体系：“微晶玻璃”体系和“玻璃+陶瓷”体系。“微晶玻璃”体系微晶玻璃析晶温度低，且析出的微晶介电损耗小、机械强度高，但离在900℃以下烧结以及满足电性能和机械性能方面的要求还有一定距离。“玻璃+陶瓷”体系主要是利用玻璃低熔点、低介电常数等特点和陶瓷良好的物理性能，在玻璃中掺和一定的陶瓷将两者结合在一起。玻璃目前常采用硼硅玻璃（硼硅酸盐玻璃），是以Na2O、B2O3和SiO2为基本组分的玻璃。它的特点是热膨胀系数小，具有良好的热稳定性、化学稳定性和电学性质。在硼硅玻璃中，最符合高频电感要求的是所谓的“高硼硅玻璃”，它是指SiO278％、B2O310％的硼硅玻璃。而作为填料的陶瓷一般要求介电常数低并具有密堆结构（以降低高频下的结构损耗）。具体到我司对高频粉料有以下几个特别要注意的地方：A．高频电感的自谐频率SRF和高频下的Q值是非常重要的参数，它决定了高频电感可以应用的频率范围。B．瓷体材料与内电极的匹配性，如果二者配合性不好，烧结后就容易发生电极弯曲变形。C．瓷体材料与端电极的匹配性，如果二者配合性不好，瓷体与端头之间的结合不佳并存在细小的间隙，在电镀时镀液渗入这些间隙就会导致电镀后频谱劣化。D．抗弯强度：高频材料很容易遇到抗弯强度不足的问题。C.Paron-L69A银浆一种灰白色略带刺激性气味的胶状浆料。印刷用的银浆一般称为内电极银浆，简称内浆。银浆主要由银粉、溶剂、黏合剂及其他助剂组成。银粉一般是纯银颗粒，也有采用Ag2O粉，一般纯度在99.9%，过600目筛，含量在80-90%；溶剂最常用的有松油醇和二乙二醇丁醚（丁基卡必醇），其目的是使银粉均匀分散，用量一般占银浆10%左右；黏合剂组一般是乙基纤维素和树脂，其目的是在浆料中防止银粉团聚和沉降，溶剂挥发后将银粉粘结固化，具有一定强度以保证后继作业中电路线条的形状。一般银浆中黏合剂用量约3-8%；其他助剂种类很多，包括表面活性剂、增稠（减稠）剂、流平剂、消泡剂、牢固剂、催干剂、沉淀防止剂，各厂家用量和选择也不大相同，但总体含量一般在3%以下。a)粘度关键参数，对于印刷效果起重要作用，粘度过高易塞网，图形缺损、过窄或高低不平，粘度过低易导致线条变粗、厚度变薄、印刷质量下降，甚至流到网底的现象。b)细度重要特性之一，反应银浆中银粉分散程度。一般要求越小越好，但太小对成本和烧结有影响，这个参数我们目前还没有检测研究，后续工作可以参考各种资料，进行深入研究。银浆主要工艺参数包括：粘度、细度、固含量、干燥温度/烧结温度/烧结曲线等c)固含量指银浆中银粉的含量，这个参数会影响烧结后电路的电导特性和收缩曲线。d)干燥温度/烧结温度/烧结曲线这几个参数对工艺过程有影响，目前也没有进行专门的研究，所以后期工作需要重点关注。D.浆料包含粉体、溶剂、粘合剂、增塑剂、分散剂等。溶剂黏合剂①溶剂：常用的有醇类、酮类、酯类和苯类物质。其中苯类尤其是甲苯的溶解性能最好，其挥发速度也易控制，配合适当的粘合剂，成膜后效果最佳。在同行业企业，尤其是日本和台湾企业中广泛使用，但甲苯具有较强的毒性，对人体有较大伤害，因此不采用此物质。目前我司采用的是醋酸丙酯和异丁醇、乙醇的混合溶剂，醋酸丙酯和异丁醇按照83:17的配比，可以达到两种溶剂的共沸点，乙醇极性强、粘度低，可以使浆料分散性更好，调整其配比，可以实现控制不同的挥发速度。物料极性粘度沸点水10.21.0100乙醇4.31.279正丁醇3.72.95117异丁醇3.04.7108甲苯2.40.59111②黏合剂种类繁多，用于片式电感生产的一般有两大类：一是国内厂家普遍采用的丙烯酸树脂，二是日本台湾企业普遍采用的聚乙烯醇缩丁醛（PVB），我们采用的PVB体系的B-76、B-98树脂。PVB含有较长的支链，具有较好的柔顺性，这种树脂的玻璃化温度低，断裂伸长率和动力强度大，透明度高，不受温度和湿度急变的影响，抗氧化性好，耐焊性优良，有很强的粘合性能，被广泛用作黏合剂、涂料、薄膜等。B-76、B-98是美国公司生产（首诺）的PVB树脂，在行业内非常有名，很多成功配方中都是关键组分。Butvar树脂具有极好的粘结效率和光学清晰度，能与很多种类物质的表面粘合。有六个级别：B-72、B-74、B-76、B-79、B-90、B-98。常用的B-76、B-98性能参数：性质范围B-76B-98羟基含量(%)11.5-13.518.0-20.0分子量90,000-120,00040,000-70,000粘度（乙醇中含量5%）(cps)18.0-28.06.0-9.0挥发物含量（%）5.0Max5.0Max比重1.0831.100热变形温度（℃）50-5445-55玻璃化转变温度（℃）62-7272-78流动温度（℃）110-115105-110燃烧速率（ipm）1.00.8灰分（%）0.750.75吸水率（%）0.30.5•甲苯-乙醇体系粘度情况：•甲苯60/乙醇40粘度：•乙醇体系粘度情况：•正丁醇体系粘度情况：•增塑剂用量（推荐值）增塑剂对玻软化温度的影响：•热分解曲线粘合剂的评估，我们首先需确认粘合剂和溶剂体系均符合环境管控的要求。关注的性能包括浆料的粘度和稳定性（分层现象），成膜的质量，成型过程中有无龟裂现象，烘干的速率和坯体有无开裂，切割时的粘片现象，排胶所需的时间和排胶后产品的外观（有无缺边掉角和开裂情况）最后成品的电性能和频谱。③增塑剂我们目前使用的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯（DOP），目的是提高膜质韧性，这也是一种非常通用的增塑剂。④分散剂又称表面活性剂。它的种类非常多，对于有机溶剂体系浆料，在陶瓷行业中最常用的是锚型分散剂。其分子一般为一个高分子链，在链的两端，一端为极性官能团，可以吸附在陶瓷粉料的颗粒表面；另一端为非极性官能团，在溶剂中可以自由舒展并相互排斥。这样就可以使陶瓷粉料颗粒之间不会相互接合成团，起到分散的作用。因此分散剂的分散效果与粉料本身的表面状态，溶剂体系都有很大的关系，通常都是针对性非常强的。另外还有一种观点认为，分散剂最主要的作用是降低浆料的粘度，从而可以降低浆料中溶剂的加入量，也就提高了浆料的固相含量。在成型干燥的过程中，在纵向上由于溶剂挥发会使得粒子之间的排列变紧密，但横向上由于坯体没有收缩，因而粒子之间的间距仍然较大，近似等于浆料中粒子的间距。因此提高浆料的固相含量有利于提高坯体的堆积密度，从而在烧结后获得致密的磁体。此外还有消泡剂、流平剂等，但由于选择不多，针对性不强，在此不一一介绍。以上情况可以看出，我们对于材料的特性关注和掌握得很不够，所以希望在后期工作中，对材料进行更多更深入的检测、分析和研究，这样对于产品性能的维护还有公司整个技术体系的建立有很大帮助。二、结构设计知识丝网设计：一般包括1/2（J）网、3/4（U网）和4/4（O网）设计。J网U网O网J网：结构简单，感量调节细微，幅度小，适合低感底层产品U网：丝网类型多，感量调节幅度中等，适合中高感产品O网：图形面积大，感量调节幅度大，适合高感产品设计层数LS(nH)Q值Rdc（Ω)设计层数LS(nH)Q值Rdc（Ω)6层14.5311.950.339层15.239.700.258层22.1411.050.4012层22.1411.050.408层26.0213.400.4513层26.379.500.4410层33.3111.850.5314层32.2811.100.4310层37.8013.650.5617层40.2211.750.5212层46.8512.050.6618层46.6911.650.63设计层数LS(nH)Q值Rdc（Ω)设计层数LS(nH)Q值Rdc（Ω)4层2.629.250.104层2.4614.300.094层3.238.850.094层3.5013.700.144层3.8210.450.106层4.118.100.145层5.4710.600.146层5.0715.400.136层6.3311.950.148层6.8711.300.176层10.0610.800.2210层10.2312.950.22从此表电性能数据对比可以看出J套网较U套网Q值高一些、RDC较为接近，整体性能J套网与U套网较为接近，若相同感量的产品采用U套网设计可提高效率1.1倍左右O套网设计U套网设计从此表电性能数据对比可以看出O套网较U套网Q值高一些、RDC略高一点，整体性能O套网设计优于U套网设计，若相同感量的产品采用O套网设计可提高效率1.3倍左右U套网设计J套网设计综合考虑，采用U网和O网，取消J网，来生产制作1608及1005产品。丝网图形的设计还要综合考虑粉体、银浆收缩、考虑叠层精度、移位、切割精度、线径、面积、留边等等，是整个产品设计的核心，后期有时间再详做分析。叠层电感内部结构设计X光实物透射叠层电感内部结构三、工艺知识干法产品生产包括很多流程，但此次主要介绍干法成型工艺，干法成型包括：配料——流延——打孔——丝印——叠层•配料配料工序主要作用是将粉料混合成适用于流延的浆料。配料是后续操作的源头，非常关键，因此需要引起足够的重视。配料过程包括：烘料•作用：去除游离水•原因：水份含量过高针孔、无法分散、发脆、开裂等称重•作用：按配方称取各组分重量混料•作用：将各组分混合均匀形成浆料检验•作用：过程和结果检测我们现在采用的配料配方及工艺要求是：配方DJ1026：15KgB-76：2KgDOP：1.5KgAKM0531：0.2Kg无水乙醇：4.65Kg异丁醇：1.55K醋酸正丙酯：9.3Kg工艺要求粉料水分：＜0.40%砂磨工艺：手动循环10次，50Hz砂磨2h。效果：分散性较好，存在不稳定现象,还需要根据流延效果、叠层、切割烧成等效果调节。•流延流延是把浆料均匀涂布在PET薄膜上，经过干燥形成粉料膜片的过程。流延的主要影响因素包括：流延带速温度配方抽风影响干燥程度、开裂等影响干燥程度、开裂等影响干燥程度、开裂等影响膜片性质、分散、缺陷等现采用的流延参数为：项目值效果后期调整带速10m/min介质层3m/min保护层存在附着力不稳定及卷曲现象改良温度40-60-70-80-9抽风2/4-3/4膜片参数：项目值/要求介质层保护层厚度30±0.5