--以實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法提高擠壓式填孔的良率

1、以實(shí)驗(yàn)計(jì)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(hào)導(dǎo)通，就需靠沖孔后再填入的金屬膏來(lái)達(dá)成。如果金屬膏沒(méi)有填 妥，則會(huì)造成斷路；若填入的高度太高，會(huì)造成線路印刷品質(zhì)不佳。本文透過(guò)實(shí) 驗(yàn)計(jì)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(jìn)行小量試產(chǎn)，填孔的良率可提升到 99.97%以上 此實(shí)驗(yàn)是一個(gè)以實(shí)驗(yàn)計(jì)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(diǎn)：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(shí)無(wú)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(shì)，故被視 為無(wú)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(hào)是在平面上流動(dòng)，而多層化后，垂直的訊號(hào)導(dǎo)通就是 靠通孔后充填金屬膏來(lái)達(dá)成。擠壓式通孔充填需先制作一個(gè)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(guò)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(duì)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(dá) 90 wt %以上，而黏度約106 cp。填孔條件會(huì)依據(jù)金屬膏特性、生胚厚度及通孔 大小來(lái)設(shè)定，填完之金屬高度不能過(guò)高，否則燒結(jié)時(shí)會(huì)因充填量過(guò)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(huì)造成斷路，使 上下層線路無(wú)法連通，所以通孔之充填量控制非常重要。本文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)計(jì)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(shí)驗(yàn)1. 選定問(wèn)題，進(jìn)行實(shí)

4、驗(yàn)配置及規(guī)劃問(wèn)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(huì)影響擠壓式填孔質(zhì)量的因素（如金屬膏黏度不對(duì)、充填條件不對(duì)等），做成魚(yú)骨圖（特性要因分析圖，如圖一所示）；然后再刪去實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)法控制及固定的因子（如無(wú)塵室溫度、溼度是無(wú)法有效控制的因子；擠壓填孔機(jī)型、Mask種類(lèi)等則為固定的因子），剩余則為實(shí)驗(yàn)可操縱的因子。經(jīng)過(guò)這些步驟后，選定充填時(shí)間、 充填壓力、Mask孔洞大小、墊紙材質(zhì)為第一階段的實(shí)驗(yàn)因子。此處的因子選擇 非常重要，若選擇不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。圖一、擠壓式填孔的特性要因圖K大和卜對(duì)險(xiǎn)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(xì)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(shí)驗(yàn)因子決定后，做因子水平及交互作用表（表一）。再根據(jù)點(diǎn)線圖（圖二）， 選用L827的直交表，依直交配列表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配置，接著就開(kāi)始進(jìn)行第一階段實(shí) 驗(yàn)。而因子水平要開(kāi)的越大越好，如此才會(huì)包含所有的制程操縱區(qū)間。表一、第一階段實(shí)驗(yàn)因子水平及交互作用對(duì)照表園子代碼實(shí)驗(yàn)因子

6、水準(zhǔn)一水準(zhǔn)二交互作用A充填時(shí)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)線圖本實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)FERROL司的材料系統(tǒng)，陶瓷生胚厚度為 2mil，填孔機(jī)是 PTC-1OOO機(jī)型，金屬膏是 FX33-240的銀膠。2. 第一階段實(shí)驗(yàn)本階段的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的通孔（via ）直徑為6 mil，總數(shù)有5000個(gè)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(gè)子實(shí)驗(yàn)結(jié)束后， 以燈箱檢視其填入率，中空個(gè)數(shù)即為中空特性之分?jǐn)?shù)，最少0分，最大5000分,為望小值。用膜厚儀量測(cè)填入之金屬膏高度，量測(cè)方法是每片生胚分成四區(qū)，每 區(qū)量一

7、點(diǎn)，每個(gè)子實(shí)驗(yàn)做二片，取第二片的四點(diǎn)平均值，正值表凸起，負(fù)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(duì)值，為 望小值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表二。表二、第一階段實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(méi)有暈開(kāi)現(xiàn)象。經(jīng) ANOVA 分析找到非常顯著因子與顯著因子共計(jì)四個(gè)，分別是填充時(shí)間、填充壓力

8、、Mask孔洞大小及墊紙材質(zhì)，且總貢獻(xiàn)度均超過(guò)70%表示第一階段實(shí)驗(yàn)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(lái)選擇 第二階段的因子與水平。本實(shí)驗(yàn)為多特性實(shí)驗(yàn)。Cross Table是先將針對(duì)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(xiàn)率、質(zhì)量成本、生 產(chǎn)效率等斟酌取舍，進(jìn)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(shí)驗(yàn)多特性的 Cross Table填入高度AC1d2A2B1顯著性*貢獻(xiàn)度27176840填入率ABAB2顯著性*貢獻(xiàn)度343333高度均勻性A顯著性*貢獻(xiàn)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(shí)間為45秒、填充壓力為5psi時(shí)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?yàn)镸ask孔洞大小及墊紙材質(zhì)無(wú)法取到三水平，故在第二階段把這 些因子當(dāng)固定因子，其余的則為第二階段實(shí)驗(yàn)操作因子，共有填充時(shí)間、填充壓 力兩個(gè)因子。3. 第二階段實(shí)驗(yàn)依成本及實(shí)驗(yàn)操作方便性考量，決定好第二階段之實(shí)驗(yàn)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(xiàn)率 越大的因子，則其影響越大，所能開(kāi)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(diǎn)線圖（圖四）及直交表，來(lái)設(shè)計(jì)第二階段之實(shí) 驗(yàn)指示書(shū)，依實(shí)驗(yàn)指示書(shū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這階段使用的儀器與量測(cè)人員、方式同第一 階段，如此可提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。表四、第二階段實(shí)驗(yàn)因子水平及交互作用對(duì)照表閑子代碼實(shí)驗(yàn)因子水準(zhǔn)十水準(zhǔn)二朮準(zhǔn)三交互作用A先填時(shí)間（s）452535B兌填壓力（psi）52515圖四、第二階段實(shí)驗(yàn)點(diǎn)線圖AB.AB*3,4表五、第二階段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)九次子實(shí)驗(yàn)后結(jié)果如表五所示，有 4個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)間及填充壓力，表示此二因子水平 開(kāi)太廣。對(duì)于水平開(kāi)太廣的因子，可運(yùn)用最小顯著差（LSD之計(jì)算，將填充時(shí) 間水平開(kāi)在A1與A3（ 35-45秒）之間，將填充壓力水平開(kāi)在 B2與B3（ 15-25 psi） 區(qū)間。最后選擇貢獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)多特性的 Cross TableAB填入高度AB顯著性無(wú)無(wú)貢獻(xiàn)度623填入率A2顯著性*貢獻(xiàn)度4340高度均勻性AB3顯著性無(wú)無(wú)貢獻(xiàn)度810結(jié)論LSD(