--以實驗計劃法提高擠壓式填孔的良率

1、以實驗計劃法提高擠壓式填孔的良率摘要多層陶瓷可藉著多層化有效的將平面線路縮小面積，以符合輕薄短小的需求；而 層與層的訊號導通，就需靠沖孔后再填入的金屬膏來達成。如果金屬膏沒有填 妥，則會造成斷路；若填入的高度太高，會造成線路印刷品質(zhì)不佳。本文透過實 驗計劃法，找到以擠壓方式填孔，控制填入率、填入高度及均勻性三特性的顯著 因子及最佳化的制程條件，并進行小量試產(chǎn)，填孔的良率可提升到 99.97%以上 此實驗是一個以實驗計劃法成功改善制程的案例。、八一、前 言低溫多層共燒陶瓷 ( Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC ) 具有 以下的優(yōu)點：可在低溫(850C90

2、0C )燒結(jié)、能與低阻抗及低損失之 Ag Au Cu等金屬共燒、制作時無層數(shù)之限制、介質(zhì)厚度容易控制、能將電阻電容及電 感埋入元組件中。 由于此技術(shù)符合高頻化、積體化及模塊化之發(fā)展趨勢，故被視 為無線通訊元組件制作最具潛力的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的平面電路，訊號是在平面上流動，而多層化后，垂直的訊號導通就是 靠通孔后充填金屬膏來達成。擠壓式通孔充填需先制作一個具有孔洞的Mask，而孔洞之位置則完全和生胚之通孔位置相同。金屬膏涂布在Mask上，利用氣體加壓，把金屬膏透過Mask,填入生胚的孔洞內(nèi)。而充填用的金屬膏，其配方及 流變特性則對充填質(zhì)量之好壞有決定性的影響 。為了避免燒結(jié)后通孔形成孔穴或 撐裂陶

3、瓷層，必須要調(diào)整其固含量以配合陶瓷體之收縮率。一般通孔用金屬膏之 固含量及黏度較印刷線路用金屬膏高 ，商用金屬膏適用于通孔的固體含量可高達 90 wt %以上，而黏度約106 cp。填孔條件會依據(jù)金屬膏特性、生胚厚度及通孔 大小來設(shè)定，填完之金屬高度不能過高，否則燒結(jié)時會因充填量過多而將通孔撐 破，甚至在陶瓷層表面形成凸塊。填完后也不能呈現(xiàn)中空，否則會造成斷路，使 上下層線路無法連通，所以通孔之充填量控制非常重要。本文運用實驗計劃法( Design of Experiment, D.O.E.)，找出影響擠壓式填孔的顯著因子和最佳制程條件。、印刷式填孔的 D.O.E. 實驗1. 選定問題，進行實

4、驗配置及規(guī)劃問題定為”為何填孔的良率不穩(wěn)定？ ”。首先依豐田法則，列出所有會影響擠壓式填孔質(zhì)量的因素（如金屬膏黏度不對、充填條件不對等），做成魚骨圖（特性要因分析圖，如圖一所示）；然后再刪去實驗時無法控制及固定的因子（如無塵室溫度、溼度是無法有效控制的因子；擠壓填孔機型、Mask種類等則為固定的因子），剩余則為實驗可操縱的因子。經(jīng)過這些步驟后，選定充填時間、 充填壓力、Mask孔洞大小、墊紙材質(zhì)為第一階段的實驗因子。此處的因子選擇 非常重要，若選擇不當，將會導致實驗失敗。圖一、擠壓式填孔的特性要因圖K大和卜對險不良程式設(shè)足Sol V«T>4;営找f屮Myiax孔洞直徑詁虔不封少

5、D i爼自rMnt少AggOn _siaeThixo t tepi cgtaini電氈SteelBindel 蚩決崙淸泄度備製程痔垛PuYlh j TAJ 聲染妨足V ia Filling 麗才生陋淸辭石 足 Z 印刷的次T i廉度小Fart icle少3)細充竭條件不良_.滬.墊紙材質(zhì) 一粗Pressm(I為什麼vill良率不穩(wěn)定實驗因子決定后，做因子水平及交互作用表（表一）。再根據(jù)點線圖（圖二）， 選用L827的直交表，依直交配列表進行實驗配置，接著就開始進行第一階段實 驗。而因子水平要開的越大越好，如此才會包含所有的制程操縱區(qū)間。表一、第一階段實驗因子水平及交互作用對照表園子代碼實驗因子

6、水準一水準二交互作用A充填時間（S）0 545B苑填壓力（ptsi ）CMask-fL；H 大小68D塾紙材質(zhì)PET銅版紙圖二、第一階段實驗點線圖本實驗采用美國FERROL司的材料系統(tǒng)，陶瓷生胚厚度為 2mil，填孔機是 PTC-1OOO機型，金屬膏是 FX33-240的銀膠。2. 第一階段實驗本階段的實驗設(shè)計的通孔（via ）直徑為6 mil，總數(shù)有5000個孔，均 勻分布在面積為6”x 6 ”的生胚上，以擠壓方式填孔。待八個子實驗結(jié)束后， 以燈箱檢視其填入率，中空個數(shù)即為中空特性之分數(shù)，最少0分，最大5000分,為望小值。用膜厚儀量測填入之金屬膏高度，量測方法是每片生胚分成四區(qū)，每 區(qū)量一

7、點，每個子實驗做二片，取第二片的四點平均值，正值表凸起，負值表凹 陷。高度均勻性的數(shù)值是同一片生胚中，最大之高度減最小之高度的絕對值，為 望小值。實驗結(jié)果如表二。表二、第一階段實驗數(shù)據(jù)配制順序高度均:性11005000100210050001003-14.752857.4438.65380.15-15.031817.27620.9353.5724.6020.7818.05012.4第一階段實驗結(jié)果，有些完全填入，有些則否，圖三（a）顯示未填好之中 空Via微結(jié)構(gòu)圖，而（b）為填妥之Via微結(jié)構(gòu)圖，幾乎沒有暈開現(xiàn)象。經(jīng) ANOVA 分析找到非常顯著因子與顯著因子共計四個，分別是填充時間、填充壓力

8、、Mask孔洞大小及墊紙材質(zhì)，且總貢獻度均超過70%表示第一階段實驗成功。最后根據(jù)ANOV分析作交互作用表（Cross Table,表三），并依Cross Table來選擇 第二階段的因子與水平。本實驗為多特性實驗。Cross Table是先將針對各特性較佳因子水平分別列出，然后再將水平不一致的因子，依貢獻率、質(zhì)量成本、生 產(chǎn)效率等斟酌取舍，進而得到一組綜合較佳條件，使質(zhì)量能夠做整體性的最大改 善。表三、第一階段實驗多特性的 Cross Table填入高度AC1d2A2B1顯著性*貢獻度27176840填入率ABAB2顯著性*貢獻度343333高度均勻性A顯著性*貢獻度7513結(jié)論ABC1D2

9、A2B1*表非常顯著因子 *表顯著因子由表一及表三可知，填充時間為45秒、填充壓力為5psi時較易填入；較小 的Mask孔洞大?。?mil ）有助于填孔質(zhì)量；墊紙材質(zhì)的有利端傾向于第二水平 即銅版紙。因為Mask孔洞大小及墊紙材質(zhì)無法取到三水平，故在第二階段把這 些因子當固定因子，其余的則為第二階段實驗操作因子，共有填充時間、填充壓 力兩個因子。3. 第二階段實驗依成本及實驗操作方便性考量，決定好第二階段之實驗因子后，再根據(jù) 第一階段的ANOVA分析結(jié)論，定出各因子的三水平（表四）。在此要注意貢獻率 越大的因子，則其影響越大，所能開的水平區(qū)間越小，即三水平之選擇差距必須 越小。最后決定選擇采用

10、L934之點線圖（圖四）及直交表，來設(shè)計第二階段之實 驗指示書，依實驗指示書進行實驗。這階段使用的儀器與量測人員、方式同第一 階段，如此可提高實驗的準確性。表四、第二階段實驗因子水平及交互作用對照表閑子代碼實驗因子水準十水準二朮準三交互作用A先填時間（s）452535B兌填壓力（psi）52515圖四、第二階段實驗點線圖AB.AB*3,4表五、第二階段實驗數(shù)據(jù)經(jīng)九次子實驗后結(jié)果如表五所示，有 4個實驗全部填入。經(jīng)ANOV分析（表 六），填入率特性仍然出現(xiàn)顯著因子：填充時間及填充壓力，表示此二因子水平 開太廣。對于水平開太廣的因子，可運用最小顯著差（LSD之計算，將填充時 間水平開在A1與A3（ 35-45秒）之間，將填充壓力水平開在 B2與B3（ 15-25 psi） 區(qū)間。最后選擇貢獻率大、成本低且生產(chǎn)效益高的水平，做為最適化的制程條件。表六、第二階段實驗多特性的 Cross TableAB填入高度AB顯著性無無貢獻度623填入率A2顯著性*貢獻度4340高度均勻性AB3顯著性無無貢獻度810結(jié)論LSD(