在低温共烧陶瓷（LTCC）基板中嵌入牺牲材料的根本目的是在层压过程中提供内部结构支撑。由于陶瓷层（生带）在加热和压力下是可塑的，并且容易发生塑性流动，因此这些材料会填充微通道的内部空隙以抵抗变形。这确保了空心结构不会坍塌，从而保持最终产品的尺寸精度。
层压过程使柔软的陶瓷层承受显著的外部压力，这会自然地压碎内部的空心结构。牺牲材料充当临时的实心芯，抵抗这种压力，以在结构固定之前保持微通道的精确几何形状。
结构保持的力学原理
抵抗塑性流动
在制造过程中，LTCC基板由“生带”组成——即未烧结的陶瓷片，它们柔软且易于塑形。
当受到层压所需的高温和高压时，这些生带会表现出塑性流动。如果不进行干预，陶瓷材料会自然地流入任何空隙，从而有效地封堵预期的通道。
抵抗外部压力
层压过程对整个基板堆叠施加外部等静压，以将各层粘合在一起。
嵌入的牺牲材料占据3D结构（如微通道和腔室）的特定内部体积。通过填充该空间，它提供了必要的内部阻力来抵消外部压力。
确保形状完整性
该材料在基板内部充当临时的支架或模具。
它防止微通道的壁向内弯曲或坍塌。这使得制造在标准层压技术下无法实现的复杂内部几何形状成为可能。
省略的后果
结构坍塌
在没有牺牲材料的情况下进行的最直接的风险是微结构的完全失效。
参考资料表明，没有这种内部支撑，压力足以导致结构坍塌。用于输送流体或气体的空腔将被周围的陶瓷层压碎。
尺寸精度受损
即使通道没有完全关闭，缺乏支撑也会导致严重变形。
微尺度通道的尺寸精度对其性能至关重要。牺牲材料确保在设计阶段定义的横截面积和形状在最终制造的零件中得以保留。
制造的应用策略
为确保LTCC微结构的成功创建，请根据您的具体工程目标考虑以下几点：
- 如果您的主要重点是几何复杂性：依靠牺牲材料填充3D腔室的整个体积，从而形成能够抵抗层压压力的复杂内部形状。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：使用这些材料严格定义通道边界，防止塑性流动改变微通道的特定宽度和高度。
通过充当层压力的精确内部平衡器，牺牲材料是保持微尺度陶瓷设计保真度的关键组成部分。
总结表：
| 特征 | 牺牲材料的功能 | 对LTCC基板的好处 |
|---|---|---|
| 塑性流动 | 抵抗材料迁移到空隙中 | 防止内部通道密封 |
| 外部压力 | 提供抵抗等静压力的内部阻力 | 防止结构完全坍塌 |
| 尺寸精度 | 保持精确的横截面几何形状 | 确保高保真度的微尺度设计 |
| 几何复杂性 | 充当临时的实心支架 | 实现3D腔室和复杂形状 |
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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
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
