LTCC（低温同時焼成セラミックス）基板に犠牲材料を埋め込む根本的な目的は、積層プロセス中に内部構造をサポートすることです。セラミック層（グリーンシート）は、熱と圧力下で塑性流動を起こしやすく、これらの材料はマイクロチャネルの内部空隙を埋めて変形に抵抗します。これにより、中空構造が崩壊せず、最終製品の寸法精度が維持されます。
積層プロセスでは、柔らかいセラミック層にかなりの外部圧力がかかり、中空の内部構造を押しつぶしてしまいます。犠牲材料は一時的な固体コアとして機能し、構造が固定されるまでマイクロチャネルの精密な形状を維持するためにこの圧力に抵抗します。
構造維持のメカニズム
塑性流動への対抗
製造中、LTCC基板は「グリーンシート」で構成されています。これは未焼成のセラミックシートで、柔らかく加工しやすい状態です。
積層に必要な高温・高圧にさらされると、これらのシートは塑性流動を起こします。介入がない場合、セラミック材料は意図されたチャネルを効果的に閉鎖して、空隙に自然に流れ込みます。
外部圧力への抵抗
積層では、層を接合するために基板スタック全体に外部静水圧がかかります。
埋め込まれた犠牲材料は、マイクロチャネルやチャンバーなどの3D構造の特定の内部体積を占有します。この空間を埋めることで、外部圧力に対抗するために必要な内部抵抗を提供します。
形状維持の確保
この材料は、基板内の一時的な足場または金型として機能します。
マイクロチャネルの壁が内側にたわんだり崩壊したりするのを防ぎます。これにより、標準的な積層技術では製造が不可能であった複雑な内部形状の製造が可能になります。
省略した場合の結果
構造崩壊
犠牲材料なしで進める場合の最も直接的なリスクは、マイクロ構造の完全な破壊です。
参照資料によると、この内部サポートがない場合、圧力は構造崩壊を引き起こすのに十分です。流体やガスを運ぶための空隙は、周囲のセラミック層によって押しつぶされます。
寸法精度の低下
チャネルが完全に閉じなくても、サポートがないと深刻な歪みが生じます。
マイクロスケールのチャネルの寸法精度は、その性能にとって非常に重要です。犠牲材料は、設計段階で定義された断面積と形状が、最終的に製造された部品で維持されることを保証します。
製造のための応用戦略
LTCCマイクロ構造の成功した作成を確実にするために、特定のエンジニアリング目標に基づいて次の点を考慮してください。
- 幾何学的複雑性が主な焦点である場合：犠牲材料を使用して3Dチャンバーの体積全体を埋め、積層圧力に抵抗する複雑な内部形状の形成を可能にします。
- 寸法精度が主な焦点である場合：これらの材料を使用してチャネル境界を厳密に定義し、塑性流動がマイクロチャネルの特定の幅と高さを変更するのを防ぎます。
積層力に対する精密な内部カウンターバランスとして機能することにより、犠牲材料はマイクロスケールセラミック設計の忠実度を維持するための不可欠なコンポーネントです。
概要表：
| 特徴 | 犠牲材料の機能 | LTCC基板への利点 |
|---|---|---|
| 塑性流動 | 空隙への材料移動に対抗する | 内部チャネルの閉鎖を防ぐ |
| 外部圧力 | 静水圧に対する内部抵抗を提供する | 全体的な構造崩壊を防ぐ |
| 寸法精度 | 正確な断面積形状を維持する | 高忠実度のマイクロスケール設計を保証する |
| 幾何学的複雑性 | 一時的な固体足場として機能する | 3Dチャンバーと複雑な形状を可能にする |
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参考文献
- Liyu Li, Zhaohua Wu. Effect of lamination parameters on deformation energy of LTCC substrate based on Finite element analysis. DOI: 10.2991/isrme-15.2015.317
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
