汽車點(diǎn)火器用厚膜電路制造工藝探究

宋毅華，谷云峰，劉 宏

(四平市吉華高新技術(shù)有限公司，吉林四平136001)

汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。2009年汽車產(chǎn)量達(dá)1300萬輛以上，年同比增長(zhǎng)24%。按照專家的預(yù)測(cè)，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)將持續(xù)以每年20%左右的增速發(fā)展，未來十年，汽車及汽車電子產(chǎn)品將持續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。汽車電子產(chǎn)品作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。就汽車傳感器而言，目前一輛普通的乘用車上大約安裝幾十到近百只傳感器，高檔乘用車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

1957年美國(guó)公司推出了電子控制燃油噴射系統(tǒng)，這就是所謂的電噴技術(shù)，電噴技術(shù)的推進(jìn)為發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元。汽車點(diǎn)火器一般是指汽車點(diǎn)火模塊的控制電路部件，是汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的最重要的零部件之一，其質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)乎汽車運(yùn)行狀況的優(yōu)劣，因此該部件也是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最關(guān)鍵的部件之一。

最開始汽車點(diǎn)火模塊控制電路都是在PCB板上做的，在設(shè)計(jì)好的PCB板上焊上相應(yīng)的電子元器件，再進(jìn)行封裝。由于PCB板在導(dǎo)熱和機(jī)械強(qiáng)度等方面性能都不夠好，這樣就對(duì)整個(gè)點(diǎn)火器的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，在一定程度上限制了點(diǎn)火器的發(fā)展。隨著厚膜技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了用氧化鋁作為基板的厚膜電路，該產(chǎn)品具有設(shè)計(jì)靈活、絕緣性好、導(dǎo)熱性好和機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，適合制造可靠性和耐用性要求高、產(chǎn)品種類及規(guī)格齊全的汽車電子產(chǎn)品，特別是在抗振動(dòng)、抗沖擊和耐高溫等方面顯示出較大的優(yōu)越性。目前市場(chǎng)上的點(diǎn)火器產(chǎn)品大多數(shù)還是依賴進(jìn)口價(jià)格高昂的點(diǎn)火器電路總成，我公司長(zhǎng)期以來一直從事厚膜電阻和厚膜電路等產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，擁有整套的厚膜生產(chǎn)設(shè)備和完善的厚膜產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上我公司進(jìn)行了汽車點(diǎn)火器用厚膜電路的研制與生產(chǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)，取得了一定的成功，總結(jié)出了一套比較完整的汽車點(diǎn)火器用厚膜電路的生產(chǎn)工藝。

1 試制過程

1.1 對(duì)產(chǎn)品性能的研究

根據(jù)對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的解剖試驗(yàn)再結(jié)合客戶使用條件及技術(shù)要求，總結(jié)出了汽車點(diǎn)火器用厚膜電路產(chǎn)品的主要技術(shù)性能指標(biāo)，具體如下:

可焊性:焊盤上錫面積≥95%;

耐焊性:380℃耐焊時(shí)間≥6 s;

焊盤附著力:≥30 N;

TCR:≤ ±200 PPm/℃;

阻值精度:±2%。

產(chǎn)品達(dá)到以上性能指標(biāo)，就可以充分的滿足客戶的使用要求。

1.2 材料的選擇與試制

汽車點(diǎn)火器用厚膜電路只是汽車點(diǎn)火器的基礎(chǔ)部分，要成為成品還需要利用表面貼裝技術(shù)進(jìn)行電阻以外的其他電子元器件的貼裝，所以對(duì)焊盤的可焊性和耐焊性以及焊盤的附著力有較高的要求，再有就是該產(chǎn)品使用環(huán)境溫度變化較大，所以對(duì)電路上印刷的電阻的阻值精度和TCR都有較高的要求，基于上述要求，選材料主要從電極漿料和電阻漿料入手，其他材料比如說基板和保護(hù)層材料都可以采用普通厚膜產(chǎn)品所使用的96%氧化鋁基板和玻璃保護(hù)層漿料就可以了。

(1)電極漿料的選擇，我們先后選用了進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的各種電極漿料，采購(gòu)回來電極漿料樣品后進(jìn)行印刷燒結(jié)，再進(jìn)行可焊、耐焊和附著力試驗(yàn)，從中選擇性能符合要求的漿料，然后再進(jìn)行對(duì)比，從而選擇最適合的電極漿料，要求既能保證產(chǎn)品性能，又要成本不能過高。

(2)電阻漿料的選擇，影響電阻TCR的主要因素有電阻材料、電阻燒結(jié)條件和調(diào)阻工藝參數(shù)等，而選擇性能良好的電阻漿料是保證產(chǎn)品TCR的首要條件?？紤]到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)電阻漿料的技術(shù)相對(duì)國(guó)外要稍差一些，因此在選擇電阻漿料的時(shí)候主要是從國(guó)外品牌的電阻漿料入手，我們先后試用了住友、杜邦、賀利氏以及ESL的電阻漿料，最終選擇了性價(jià)比最好的杜邦電阻漿料來生產(chǎn)汽車點(diǎn)火器用厚膜電路。

1.3 試生產(chǎn)及出現(xiàn)問題的解決

做好了材料的選擇工作以后，根據(jù)以前生產(chǎn)其他厚膜產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合汽車點(diǎn)火器用厚膜電路的特點(diǎn)，首先確定了該產(chǎn)品試生產(chǎn)的初始工藝流程，具體流程圖如圖1。

圖1 汽車點(diǎn)火器用厚膜電路初步生產(chǎn)工藝流程圖

確定了初步工藝流程以后，就按照既定的工藝流程開始進(jìn)行試生產(chǎn)，試生產(chǎn)中用的絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)和調(diào)阻工藝參數(shù)參照生產(chǎn)其他厚膜產(chǎn)品同一工序的工藝參數(shù)執(zhí)行。在初始工藝流程的指導(dǎo)下，試生產(chǎn)基本順利完成，說明初始工藝流程設(shè)計(jì)基本合理，材料選用很恰當(dāng)。在試生產(chǎn)做出的產(chǎn)品中取5塊樣品進(jìn)行性能試驗(yàn)，可焊試驗(yàn)良好，焊盤上錫面積均達(dá)到了97%以上，焊盤附著力最小的達(dá)到了35 N，個(gè)點(diǎn)阻值精度都達(dá)到了1.5%以上，耐焊試驗(yàn)最低耐焊時(shí)間在6 s，TCR試驗(yàn)雖然在±200 PPm/℃以內(nèi)，但是離散性較大。由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，此次試生產(chǎn)的產(chǎn)品在性能方面基本達(dá)到了要求，但是在耐焊和TCR兩方面還有改善的空間。改善焊盤的耐焊性最有效的方法就是增加電極的膜厚，可是考慮到電極漿料價(jià)格較貴，所以就決定在電極印刷干燥后在焊盤位置加印一層，以增加焊盤的膜厚，從而提高焊盤的耐焊時(shí)間。再有通過調(diào)整激光調(diào)阻工序的激光切口形狀來提高產(chǎn)品阻值精度，減小TCR的離散性，即將原來的厚膜產(chǎn)品通常采用的單刀直線形調(diào)阻改成片狀電阻產(chǎn)品調(diào)阻時(shí)采用的單刀“L”形調(diào)阻，這樣可以有效地提高阻值精度，減小TCR的離散性。

1.4 生產(chǎn)工藝流程的確定

在解決了試生產(chǎn)出現(xiàn)的問題后，重新進(jìn)行了試生產(chǎn)。有了前次試生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，這次試生產(chǎn)很順利，對(duì)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，性能均達(dá)到或超過了預(yù)計(jì)的水平，完全能滿足汽車點(diǎn)火器的需要。具體試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖2:

可焊性:焊盤上錫面積≥95%;

耐焊性:380℃耐焊時(shí)間≥10 s;

焊盤附著力:≥35 N;

TCR:≤ ±100 PPm/℃;

阻值精度:±1%。

至此汽車點(diǎn)火器用厚膜電路的生產(chǎn)工藝流程已經(jīng)可以確定，具體工藝流程圖如圖2:

圖2 汽車點(diǎn)火器用厚膜電路生產(chǎn)工藝流程圖

2 結(jié)論和展望

通過這次對(duì)汽車點(diǎn)火器用厚膜電路制造工藝試驗(yàn)成功，在此工藝條件下生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性能完全達(dá)到了客戶要求的水平，在汽車點(diǎn)火器用厚膜電路生產(chǎn)領(lǐng)域打破了國(guó)外大品牌的壟斷，使該產(chǎn)品成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。該生產(chǎn)工藝流程合理，適合工業(yè)化生產(chǎn)，有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。該產(chǎn)品是我公司在完成汽車油位傳感器用厚膜電路試制的基礎(chǔ)上，又成功開發(fā)的一款汽車用厚膜電路產(chǎn)品。相信在不久的將來一定會(huì)在汽車用厚膜電路領(lǐng)域出現(xiàn)更多更好的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品來替代進(jìn)口產(chǎn)品，從而打破國(guó)外的技術(shù)壟斷，加快我國(guó)汽車電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程，推動(dòng)我國(guó)汽車電子技術(shù)，提高我國(guó)汽車企業(yè)參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。