導(dǎo)語：電子封裝陶瓷材料因其優(yōu)異的導(dǎo)熱、介電、耐腐蝕、高強度和高可靠性等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于通信電子、汽車行業(yè)、航空航天、醫(yī)療器械、軍工等領(lǐng)域。然而，隨著科技浪潮的推進以及5G高頻通信應(yīng)用場景日漸豐富，對電子元器件和組件的性能和功能的要求越來越高，使其向著體積越小、線路越密、傳輸越快、功耗越低的方向發(fā)展，復(fù)雜程度可見一般，著實考驗電子元器件的集成和封裝能力。激光加工技術(shù)的出現(xiàn)為電子封裝陶瓷材料的加工開辟了新道路。其中，HTCC、LTCC和MLCC是我們在電子科技領(lǐng)域中常見的三種材料。本文將詳細介紹激光加工技術(shù)在陶瓷材料加工中的應(yīng)用及優(yōu)勢。

一、激光在高溫/低溫共燒陶瓷（HTCC/LTCC）中的應(yīng)用

HTCC（High Temperature co-fired Ceramic）高溫共燒陶瓷是一種將未燒結(jié)的流延陶瓷材料如氧化鋁、氮化鋁等疊層在一起，與高熔點的金屬在高溫爐中燒結(jié)（通常大于1200℃，有時甚至達到1500~1850℃）制成多層電路的集成式陶瓷技術(shù)。由于采用了鎢，鉬，錳等高熔點的金屬，這些金屬大大增加組件的射頻損耗。但優(yōu)點是結(jié)構(gòu)強度高、化學(xué)穩(wěn)定性好和布線密度高，其導(dǎo)熱率高達20W/(m·K)，主要應(yīng)用于熱穩(wěn)定性要求更高、高溫揮發(fā)性氣體要求更小、密封性要求更高的發(fā)熱及封裝領(lǐng)域。如車載大功率電路的HTCC陶瓷管殼；航天器或飛機上的傳感器、致動器等元件以及高頻、高功率的微波電路和功率模塊中。

LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic，低溫共燒陶瓷）是一種具有高頻特性、電學(xué)性質(zhì)良好、集成化、熱傳導(dǎo)性好、工藝兼容性強和環(huán)保性等優(yōu)點的先進電子封裝技術(shù)。該技術(shù)利用機械或激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝，在生瓷帶上制出所需的電路圖形，并將多個被動組件（如電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器等）埋入多層陶瓷基板中，最終燒結(jié)成一個集成式陶瓷多層材料。由于在陶瓷漿料中加入了一定量玻璃粉，引入玻璃相，因此燒結(jié)溫度通常低于1000℃。被廣泛應(yīng)用于射頻、微波、天線、傳感器等領(lǐng)域，如藍牙模塊、手機前端模塊、天線開關(guān)模塊、功放模塊等功能模塊中。

隨著電子信息的急速發(fā)展，高密度、小型化的封裝需求對陶瓷基板和外殼的制備加工工藝也提出了更為嚴(yán)苛的要求。作為電路基板材料，需要在生瓷帶上利用機械或激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出電路圖形。激光技術(shù)的發(fā)展有望有力助推國內(nèi)LTCC/HTCC多層陶瓷產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，同時推動軍用電子元器件向微小型化和多功能化方向發(fā)展。

（1）激光打孔技術(shù)：

近年來，皮秒激光憑借脈沖寬度短、峰值功率高、熱效應(yīng)小、加工分辨率高等區(qū)別于長脈沖激光的優(yōu)勢，成為生瓷片激光打孔的利器。安徽柏逸激光配合終端客戶開發(fā)了紫外皮秒HTCC/LTCC激光打孔設(shè)備，自帶高精度視覺定位功能，配備外接吹氣以及吸塵系統(tǒng)，另可附配自動清掃功能，除塵效率大大提高，節(jié)省了人工清掃的時間成本和人力成本，成功解決激光加工微孔圓度、錐度較差，以及表面熔渣、燒蝕等技術(shù)問題。圖1、圖2所示是部分HTCC和LTCC開窗和鉆孔加工效果，圓孔正反面直徑相差 5-10 µm圓度優(yōu)于0.01 mm，顯微鏡下觀察側(cè)壁無明顯發(fā)黑。設(shè)備可實現(xiàn)LTCC/HTCC工藝制程中打孔孔徑和位置的高精度控制，達到加工效率高、孔徑均一、孔邊緣光滑、無熔渣、無燒痕的效果，可滿足加工精度≤±10 μm，位置精度≤±10 μm。

圖1 0.26mm厚HTCC打孔后顯微鏡目鏡觀測圖

圖2 0.14mm厚LTCC打孔后顯微鏡目鏡觀測圖

（2）電鍍線去除技術(shù)：

封裝基板的高集成化使得孤島數(shù)量增加，但是過多的孤島給電鍍帶來了極大的困難。需要在基板表面或者側(cè)面引入電鍍線，將孤島連成電路網(wǎng)絡(luò)，電鍍后再將電鍍線去除。去除電鍍線是一項關(guān)鍵工藝，常規(guī)的打磨電鍍線方式會對陶瓷基板或外殼造成損傷，影響產(chǎn)品外觀和可靠性。因此利用激光這種無應(yīng)力的加工方式將會是電鍍線去除的最佳選擇之一。其原理是通過激光與氧化鋁HTCC基板表面金-鎳-鎢金屬的相互作用，將用于基板電鍍的互連金屬線里切斷，達到電鍍線刻蝕的目的。柏逸激光通過嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，很好地解決了現(xiàn)有激光去除電鍍線技術(shù)存在的金層異色和陶瓷損傷過大的工藝問題。           

圖3 蝕刻加工完成表面效果圖

如圖3所示是電鍍線刻蝕后視頻顯微鏡照片，可以看出蝕刻表面無明顯殘渣以及燒蝕，內(nèi)部金屬清洗干凈。且電鍍線刻蝕后金層顏色幾乎沒有變化，熱影響區(qū)小。

圖4 蝕刻加工部分共聚焦顯微鏡下觀測圖

圖4所示是蝕刻加工部分在3D共聚焦顯微鏡下的觀測結(jié)果，刻蝕深度范圍在50 µm~200 µm可調(diào)。此外，使用萬用表測量所在線路未蝕刻前和蝕刻后的短路情況，如圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)未蝕刻位置連接處會發(fā)生短路現(xiàn)象，蝕刻后不同位置測試，每個連接位置均沒有短路現(xiàn)象。

圖5 蝕刻前(a)和蝕刻后不同位置(b)(c)(d)萬用表測量結(jié)果

（3）金屬線修調(diào)技術(shù)：

氧化鋁多層共燒陶瓷技術(shù)一般采用絲網(wǎng)印刷進行電路圖形印制，其操作簡便，易于批量化應(yīng)用。但目前絲網(wǎng)印刷的線路圖形線寬以及線寬精度均有限。為滿足高密度集成封裝電路的要求，柏逸激光通過調(diào)整激光參數(shù)，研究激光在印刷金屬化圖形表面的刻蝕工藝，對金屬化圖形邊緣毛刺進行修整，實現(xiàn)窄線寬窄線間距的電路圖形加工。

圖6 金屬線刻蝕結(jié)果 

二、激光在多層陶瓷電容器（MLCC）中的應(yīng)用

多層陶瓷電容器（MLCC，Multi-Layer Ceramic Capacitor）是一種重要的被動電子元件，它具有高頻響應(yīng)速度、高穩(wěn)定性、低失真等優(yōu)點，廣泛用于各種電子設(shè)備中以存儲電能并進行電荷轉(zhuǎn)換。MLCC由多個交替的陶瓷介質(zhì)層和金屬電極層組成，這些層被堆疊在一起并經(jīng)過高溫?zé)�結(jié)，形成一個整體結(jié)構(gòu)。在外部，MLCC通常覆蓋有絕緣性的封裝材料，以保護電容器。其基本結(jié)構(gòu)包括陶瓷介質(zhì)、金屬內(nèi)電極和金屬外電極三大部分。隨著智能終端設(shè)備的普及和5G通信技術(shù)的推廣，MLCC的需求量將持續(xù)增長。

目前平板設(shè)備、智能手機等消費電子產(chǎn)品正以前所未有的速度向更加輕薄、緊湊的設(shè)計演進，這一趨勢對元器件的尺寸提出了更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。電容器作為這些精密裝置中不可或缺的能量存儲與轉(zhuǎn)換元件，其體積的進一步縮減成為了推動產(chǎn)品小型化、輕量化進程中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。因此高精度切割是超小型MLCC生產(chǎn)工序中的關(guān)鍵一環(huán)。相比于傳統(tǒng)刀片切割方法，激光微納加工工藝以其獨特的非接觸式加工模式脫穎而出，憑借其卓越的加工精度、超高的生產(chǎn)效率以及極小的熱影響區(qū)域，成為了MLCC尺寸加工小型化道路上的理想選擇。

柏逸激光通過創(chuàng)新的激光微納加工工藝，成功實現(xiàn)了對超小型MLCC的高精度切割，切割精度達到±10um以內(nèi)。優(yōu)化的切割軌跡策略有效減少了熱積累，改善了切片邊緣的直角形態(tài)，提高了加工效率，最終通過后續(xù)高溫?zé)�結(jié)處理可得到干凈光滑的成品。這一工藝突破不僅提升了MLCC的生產(chǎn)效率，而且為其在高性能電子設(shè)備中的應(yīng)用提供了技術(shù)保障，展現(xiàn)了激光微納加工在現(xiàn)代電子制造中的重要性和應(yīng)用前景。

圖7 樣品切片圖(a)(b)及高溫?zé)�結(jié)后樣品圖(c)

三、總結(jié)

激光加工技術(shù)在陶瓷封裝小型化過程中發(fā)揮著重要作用，其高精度、高效率和非接觸加工的特點，為陶瓷封裝的小型化提供了有力支持。激光打孔能夠輕松實現(xiàn)微孔加工，滿足陶瓷封裝對高密度、小型化布局的需求。微孔的存在使得電路布局更加緊湊，有助于減小封裝體積，提升封裝密度。此外，激光加工可用于金屬化電鍍線的去除以及印刷金屬化圖形邊緣毛刺的精細修整。隨著激光技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，我們有理由相信激光加工技術(shù)將在未來引領(lǐng)陶瓷材料加工領(lǐng)域的新風(fēng)潮！

轉(zhuǎn)自：柏逸激光

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