CN102683220B - 一种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，包括：提供第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板；将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板；将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板；将贴装有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、液晶聚合物介质层和倒装连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依序叠层堆积，并热压成形，得到同时埋置有源和无源器件的多层液晶聚合物基板结构。该多层液晶聚合物基板结构可应用于微波/毫米波系统级模块的制作，其特点是可以实现系统的高密度化、微小型化、高性能化、高频化以及低值低耗。
Description
技术领域
本发明涉及有机液晶聚合物(LiquidCrystalPolymer，LCP)基板制作技术领域，具体地说，涉及一种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，该多层有机液晶聚合物基板结构同时埋置有源器件和无源器件，采用两种不同熔点的液晶聚合物薄膜，从而实现高密度和三维结构的高频系统级封装。
背景技术
目前，国内外迫切需要研发能适应高速信号传输、高密度布线和高频电路的基板材料，这种基板能够同时将射频有源和无源器件集成在同一种材料中，同时实现小型、高密度、高性能以及低耗低值的高频模块。低温共烧多层陶瓷基板和液晶聚合物基板由于其独特的性能能够满足这一需求，相继登上了历史舞台。
低温共烧陶瓷基板技术是1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形。此外，它还可将多个无源器件(如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极分别使用银、铜、金等金属，在850℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源器件的三维电路基板，在其表面可以贴装有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。但是，它同时也带来了许多问题，例如高密度问题，设计时间的增加，更高的加工费用以及多层集成所带来的层与层的收缩和性能问题。此外，低温共烧陶瓷基板的高烧结温度会损坏有源器件，这样有源器件必须在烧结后单独集成。而且它的介电常数较大，这非常不适用于天线应用。
液晶聚合物材料由于其突出的低热膨胀系数、低吸湿性、高耐热性、优异的介电特性，能够解决以上瓶颈问题而成为高频封装基板有发展潜力的新一代基板材料。液晶聚合物是具有液晶性的高分子，它们往往是由小分子液晶基元键合而成的。这些液晶基元可以是棒状的，也可以是盘状的，或者是更为复杂的二维乃至三维形状，甚至可以两者兼而有之，还可以是双亲分子。液晶聚合物的最大特点，是在一定条件下能形成液晶态，而且很容易得到液晶玻璃态。液晶聚合物的分子结构主要由刚性和柔性单体组成，刚性单体给予了液晶聚合物优异的耐高温和机械性能，而柔性单体则有益于加工成型。正是分子中的刚性棒状结构使得液晶聚合物分子能够以液晶态存在。
液晶聚合物的迅速发展与其一系列优异性能密切相关，典型的特性如下：(1)可调的低热膨胀系数，通过创造一定条件可以调节液晶聚合物的分子取向排列的结构比例来控制热膨胀系数的性能。这一特性使得液晶聚合物作为PCB基材时，可以通过调节其取向排列形式，达到所要求的任意理想的热膨胀系数，这一点是目前大多数其他树脂基板材料所不能达到的。同时还可以达到在任意制造PCB过程中，x、y方向尺寸变化率控制在最小程度(目前可以达到0.01％以下)以及两个方向变化率基本相同。而且由于可以调整到适宜的热膨胀系数，使得过去主要由于金属与基板热膨胀系数的差异而造成的基板翘曲问题，也得到彻底解决。(2)低吸水性与吸湿后的高尺寸稳定性，这种低吸湿系数能有效减小潮湿环境中多层工艺的图案对准不良问题。随着相对湿度的增加，液晶聚合物薄膜的尺寸变化非常小。此外，液晶聚合物的刚性和韧性也非常好，满足传统的FR-4加工工艺要求。(3)优良的高频特性，即低的介电常数和介质损耗因数。在0～110GHz范围内，液晶聚合物的介电常数为2.90～3.16，介质损耗因数为0.002～0.0045。此外，液晶聚合物薄膜由于具有低吸湿性，因而在吸湿状态下对它的介电常数和介质损耗因数的影响甚少。(4)突出的耐热性，这种高耐热性主要给多层板以及孔金属化的制作质量带来提高。(5)优异的阻燃性，可再生使用，利于环境保护。(6)价格相对低廉，并且可随着生产工艺的提高进一步降低。
此外，液晶聚合物具有很好的厚度均匀性，突出的耐化学腐蚀性，对微波透明，优良的成型加工性能和很好的机械钻孔和冲孔性。液晶聚合物薄膜比其他一些有机材料有更高的热传导率。这为用此基材制作更加薄层的封装用基板材料创造了有利条件。这些优异的性能使得液晶聚合物广泛应用于制造电器连接器和接插件、基板、电容器、集成电路和晶体管的封装材料等。
在各种应用中，液晶聚合物非常适合于作为高性能的高频封装基板。实际上，早在1990年液晶聚合物就已经作为微波应用的一个候选基板材料。早期的液晶聚合物薄膜存在一些问题包括容易断裂和加工困难等，但是随着加工工艺的提高，这些问题已经被一一解决。随着单面覆铜的液晶聚合物薄膜在2001年和双面覆铜的液晶聚合物薄膜在2003年的商业化，液晶聚合物基板在高频领域中得到了广泛的应用。
一般情况下，液晶聚合物薄膜是通过将树脂挤压而制成的。根据不同的热阻，典型的液晶聚合物树脂主要有三种类型。III型液晶聚合物(KevlarTM)是一种溶致性芬芳聚酰胺，其熔点≥500℃。由于液晶聚合物分子中脂肪官能团的存在，这种树脂在梯形温度下会被水解。而大多数电路在运行和封装过程中必然会经历高温的湿热处理过程，因此，这种树脂是不适合用于电子封装中的。I型和II型树脂都属于带有刚性棒状单体的热致性芬芳聚合物，与III型液晶聚合物树脂相比，都具有高的热阻。在三种液晶聚合物树脂类型中，I型液晶聚合物(VectraTM)具有最高的热阻，熔点温度为300-350℃；II型液晶聚合物熔点温度为200-250℃。这两种类型的树脂都可以用于封装基板应用中。液晶聚合物可用做多层基板的制作，主要优势还是在于I型和II型带有刚性棒状单体的树脂存在，通常，熔点高的I型液晶聚合物薄膜，可以作为核心基板，而稍薄的且熔点低的II型液晶聚合物薄膜可以用作介质层(或者叫粘结层)，这样可以制作成多层液晶聚合物基板。
美国专利NO.6819373B2是关于液晶聚合物多层基板的制作过程，其中给出了不同组成的基板，有单面覆铜液晶聚合物基板，双面覆铜液晶聚合物基板，以及多层的液晶聚合物基板等等。美国专利NO.9391293B2则是提出了一种在多层液晶聚合物基板中制作变压器的方法，变压器的一次绕组和二次绕组都分别刻蚀在第一和第二覆铜液晶聚合物基板上，将这两块液晶聚合物基板压合后形成了变压器结构，中间为铁磁材料，两边为带有绕组的液晶聚合物基板，第一绕组和第二绕组通过填有导电材料的通孔连接。
此外，美国专利NO.2010/0201003A1则是涉及一种将射频微机电开关埋入到双层液晶聚合物基板中的方法，如图1所示，整个封装结构10主要包括第一层液晶聚合物12，一个电子元件14和第二层液晶聚合物16，这里第一层液晶聚合物12是用于支撑电子元件14的，电子元件14是采用了一个射频微机电开关，第一层液晶聚合物12和第二液晶聚合物16之间采用低熔点的液晶聚合物18来连接，实现了射频微机电开关在双层液晶聚合物薄膜中的密封埋入结构，但若是采用该结构埋入其他元件，则需要一层一层往上堆叠，这比较耗时耗力，必然带来低的生产效益和高成本，特别是“积层”连接埋置芯片的工艺容易引起埋置有源芯片的破裂，而且有源芯片的可返工性也不好，必须要求更高级别的好芯片。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，可同时将有源和无源器件埋置到多层液晶聚合物基板中，实现系统级封装，不但提高了系统功能的可靠性，同时使系统更高密度化和微小型化，改善信号传输的性能，降低了生产成本。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，该多层有机液晶聚合物基板结构中同时埋置有源和无源器件，包括：
提供第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板；
将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板；
将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板；
将贴装有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、液晶聚合物介质层和倒装连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依序叠层堆积，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构。
上述方案中，所述将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板的步骤，包括：
步骤1，采用低温低能量的等离子体对第一液晶聚合物核心基板的表面进行刻蚀处理；
步骤2，采用化学镀或者真空沉积的方法在经过等离子体表面刻蚀处理后的第一液晶聚合物核心基板表面沉积种子层；
步骤3，对表面形成种子层的第一液晶聚合物核心基板采用电镀方法在液晶聚合物基板表面沉积所需的金属Cu层；
步骤4，对覆铜的第一液晶聚合物核心基板进行压膜、曝光、刻蚀和去膜，在第一液晶聚合物核心基板表面形成内层电路图形；
步骤5，利用倒装焊技术将带有凸点的有源器件连接到带有内层电路图形的第一液晶聚合物核心基板。
上述方案中，所述将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板的步骤，包括：
步骤1，采用低温低能量的等离子体对第二液晶聚合物核心基板的表面进行刻蚀处理；
步骤2，采用化学镀或者真空沉积的方法在经过等离子体表面刻蚀处理后的第二液晶聚合物核心基板表面沉积种子层；
步骤3，对表面形成种子层的第一液晶聚合物核心基板采用电镀方法在液晶聚合物基板表面沉积所需的金属Cu层；
步骤4，对覆铜的第二液晶聚合物核心基板进行压膜、曝光、刻蚀和去膜，在第二液晶聚合物核心基板表面形成内层电路图形；
步骤5，利用表面贴装技术将无源器件连接到带有内层电路图形的第二液晶聚合物核心基板。
上述方案中，所述将贴装有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、液晶聚合物介质层和倒装连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依序叠层堆积，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构，具体包括：采用熔点为200-250℃的低熔点的液晶聚合物薄膜作为液晶聚合物介质层，厚度为15到25μm，利用激光钻孔的方法，对该液晶聚合物介质层进行开孔，得到一种作为连接有源器件的有源介质层，另一种作为连接无源器件的无源介质层；通过层压法将连接有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、开孔的无源介质层、未开孔的液晶聚合物介质层、开孔的有源介质层和连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依次层压堆叠，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构。
上述方案中，该方法在得到多层液晶聚合物基板结构之后，还包括：采用激光钻孔对多层液晶聚合物基板结构进行通孔的制备；对形成的通孔采用化学沉铜或电镀方法进行孔金属化以及填充；以及对进行孔金属化以及填充的多层液晶聚合物基板结构进行压膜、曝光、蚀刻和去膜，形成外层电路图形。
上述方案中，所采用的第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板为单层双面覆铜基板，该单层双面覆铜基板采用表面层压法来制作，具体是在液晶聚合物薄膜两侧表面涂覆热熔型液晶聚合物树脂，覆上铜箔，通过真空压制完成。
上述方案中，所述对于大功率有源器件的埋入，需要添加一些散热措施以帮助器件有效地散热，如在有源器件被动面粘附一层高导热界面散热材料后，再通过基板上的散热孔与散热片或者热沉连接。
上述方案中，所选用的高导热界面散热材料，基于纳米技术，使用高分子材料作为基底，采用电纺工艺进行制备，制作在有源器件的背面，作为高散热界面或作为高导热粘合剂连接有源器件和散热片或热沉。
(三)有益效果
本发明提供的这种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，具有以下数项优点：
首先，本发明多层基板均采用同一种材料，即液晶聚合物，摆脱了层压过程中的热膨胀系数匹配问题，性能优异。
第二，本发明层压过程所需温度不高，可以实现有源和无源器件的同时埋入，不会损坏有源器件。
第三，本发明采用“最后”埋置有源器件的过程和一次性压合，减少了工序，避免了“积层”工艺给有源器件带来的压力损坏问题，而且有源器件的可返修性也好；
第四，本发明与传统的半导体工艺和基板工艺都可以兼容；
第五，由于液晶聚合物材料本身优异的高频性能，本发明可用于微波/毫米波系统的封装基板，并实现高密度的系统级封装。
附图说明
图1是美国专利NO.2010/0201003A1涉及一种将射频微机电开关埋入到双层液晶聚合物基板中的结构示意图。
图2a是用于本发明中的双面覆铜的第一液晶聚合物核心基板示意图，其中：101-高熔点的液晶聚合物薄膜作为第一液晶聚合物核心基板；102，103-在液晶聚合物基板上形成的金属层，可以采用电镀法或者层压法制备。
图2b是本发明中在双面覆铜的第一液晶聚合物核心基板上形成(有源器件)内层电路的剖面图。
图2c是本发明中将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板的剖面图，其中：104-有源器件；105-底部填充胶或各向异性导电胶或各向异性导电薄膜。
图3a是用于本发明中的双面覆铜的第二液晶聚合物核心基板的示意图，其中：201-高熔点的液晶聚合物薄膜作为第二液晶聚合物核心基板；202，203-在第二液晶聚合物核心基板上形成的金属层，可以采用电镀法或者层压法制备。
图3b是本发明中双面覆铜的第二液晶聚合物核心基板上形成(无源器件)内层电路的剖面图。
图3c是本发明中将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板的剖面图，其中：106-电阻；107-电容。
图4a是用于本发明中的未开孔的液晶聚合物介质层示意图；其中：300-低熔点的液晶聚合物介质层。
图4b是用于本发明中的带开孔的液晶聚合物介质层示意图；其中：301-带开孔的有源介质层；302-带开孔的无源介质层。
图5是本发明中多层液晶聚合物基板层压过程的“三明治”结构示意图。
图6是本发明中层压后的多层液晶聚合物基板结构剖面图。
图7是本发明中带有通孔的多层液晶聚合物基板结构剖面图，其中：108-多层液晶聚合物基板的通孔。
图8是本发明中带有外层电路图形的多层液晶聚合物基板的结构剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明基于一种新型封装材料——液晶聚合物，不但将有源和无源器件同时埋入到多层有机基板中，而且采用热压合过程一次性压合形成多层液晶聚合物基板，实现系统级封装的概念。不同于低温共烧陶瓷高的烧结温度，该多层有机基板层压温度不是很高，不但可以将无源器件埋入到多层基板中，还可以将有源器件埋入到基板中去，而且不会损坏有源器件，并与传统的半导体工艺和基板工艺相兼容。
本发明采用“最后”埋置有源器件的过程和一次性压合，避免了“积层”工艺给有源器件带来的压力损坏问题。这种基板材料还可应用于软硬板的结合应用中。此外，由于这种材料具有优异的高频性能，因此非常适合应用于微波/毫米波系统模块的制作。
本发明提供的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，包括以下步骤：
步骤A：制作第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板；
步骤B：将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板；
步骤C：将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板；
步骤D：将贴装有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、液晶聚合物介质层和倒装连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依序叠层堆积，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构；
步骤E：采用激光钻孔对多层液晶聚合物基板结构进行通孔的制备；
步骤F：对形成的通孔采用化学沉铜或电镀方法进行孔金属化以及填充；以及
步骤G：对进行孔金属化以及填充的多层液晶聚合物基板结构进行压膜、曝光、蚀刻和去膜，形成外层电路图形。
以下结合具体实施例，对本发明提供的制作多层有机液晶聚合物基板结构的工艺流程进一步详细说明，该工艺具体包括：
步骤1，由于液晶聚合物树脂本身的分子惰性造成其不容易与铜层结合，需要对与金属的结合面进行特殊的表面处理。而低温等离子体中粒子能量一般约为几个至十几电子伏特，大于聚合物材料的结合键能，不但可以破裂有机大分子的化学键而形成新键，而且这种键能远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能，也就是说不影响材料的特性。本实施例正是采用这种低温低能量的等离子体对液晶聚合物薄膜表面进行蚀刻处理，这里第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板选用高熔点的液晶聚合物薄膜，大约为150到250μm厚左右，具体工艺条件为：对液晶聚合物薄膜采用丙酮和超纯水进行清洁处理，经过烘干后的液晶聚合物薄膜置于在真空条件下，RF功率设定为100W，操作压力为100mTorr。表面处理是在30sccmO2氧气中进行，处理时间为3到5min即可。
步骤2，采用真空沉积的方法在经过等离子体表面蚀刻处理后的液晶聚合物薄膜表面沉积大约0.2到1μm的Cu层；以真空溅射为例，其工艺条件为：在抽真空到大约6.0×10-6Pa后，开始进行Cu金属种子层的溅射。工作气体为氩气，氩气流量为50sccm。工作压力设定为5mTorr。在溅射Cu层时为200W。Cu的溅射速度分别为67nm/min，根据沉积速度，所需的Cu层被溅射沉积到液晶聚合物薄膜上；最后采用电镀法在已经沉积有种子层的液晶聚合物基板上沉积大约5到10μm的Cu层。
步骤3，将如图2a和图3a所示的已经制作好的覆铜液晶聚合物核心基板通过传统的PCB工艺步骤，包括压膜、曝光、蚀刻和去膜等步骤形成内层电路图形。更详细地说，使用热辊将光敏干膜热压在铜层102和202上，然后将具有预定内层电路图案的布线图薄膜紧紧地粘附在光敏干膜上。随后，通过有图案的布线图薄膜对紫外光曝光，光敏干膜被固化。使用显影液如碳酸钠和碳酸钾进行处理，溶解光敏干膜中未固化的部分，露出第一液晶聚合物核心基板101上的铜层102(或者第二液晶聚合物核心基板201上的铜层202)。以剩余的固化后的光敏图案作为掩模，对暴露的铜层102和202进行蚀刻，形成预定的内层电路图形。这里需要制作两种不同的内层电路图形，一种是在第一液晶聚合物核心基板101的铜层102上形成连接有源器件的内层电路图形，如图2b所示；另一种为第二液晶聚合物核心基板201的铜层202上形成连接无源器件的内层电路图形，如图3b所示。
步骤4，如图2c所示，利用倒装焊技术将带有凸点的有源器件连接到带有内层电路图形的第一液晶聚合物核心基板(图2b)上，对于带有凸点的有源器件，使用倒装焊键合机，在一定的温度和压力下进行倒装键合连接到液晶聚合物核心基板上，加入底部填充胶后进行回流焊，实现有源器件与第一液晶聚合物核心基板的连接。底部填充胶的作用是可以在回流焊过程中进行自对准。还可使用各向异性导电胶或者各向异性导电薄膜作为连接材料，这具有互连密度高、工艺温度低、操作简便、绿色环保等忧点。当采用各向异性导电胶或者各向异性导电薄膜作为连接材料时，其键合工艺条件为：键合压力为70-90N/bump，键合温度为180-220℃，键合时间为120-180s。
步骤5，如图3c所示，利用表面贴装技术将无源器件连接到带有内层电路图形的第二液晶聚合物核心基板(图3b)上。目前的电子元件已无穿孔，大多采用表面贴装技术来组装。在这个过程中，基板是固定的，贴片机的贴片头(安装有真空吸料嘴)在送料器和基板之间来回移动，将元件从元器件料架上取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。其工艺流程为：首先将焊膏或贴片胶漏印到液晶聚合物基板的电路焊盘上，为元器件的焊接做准备，所用设备为锡膏印刷机；接着将表面组装元器件准确安装到基板的固定位置上，所用设备为贴片机；然后是将焊膏融化，使表面组装元器件与基板牢固粘接在一起，所用设备为回流焊炉；最后是先将组装好的基板上的对人体有害的焊接残留物如助焊剂等除去后，再对组装好的基板进行焊接质量和装配质量的检测，所用设备有放大镜、显微镜、在线测试仪、飞针测试仪、自动光学检测、X-RAY检测系统、功能测试仪等。
步骤6，如图4a所示，采用低熔点的液晶聚合物薄膜作为介质层300，厚度一般选择15到25μm左右。利用激光钻孔的方法，进行该介质层的开孔，一种作为连接有源器件的介质层301，另一种作为连接无源器件的介质层302，如图4b所示。激光钻孔能够很快地除去所要加工的基板材料，它主要靠光热烧蚀和光化学烧蚀或称之谓切除来形成孔。
步骤7，如图5所示，通过层压法将连接有有源和无源器件的第一液晶聚合物核心基板101和第二液晶聚合物核心基板201以及开孔的液晶聚合物介质层300、301和303层压堆叠，其层压结构从上到下依次为：一层倒置的连接有无源器件的第二液晶聚合物核心基板201，一层带开孔的液晶聚合物介质层302，一层未开孔的液晶聚合物介质层300，一层带开孔的液晶聚合物介质层301和一层连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板101。制作中需要先进行定位孔的制作，以便层压过程中有效地对准。层压后的多层液晶聚合物基板剖面图如图6所示。具体实施工艺为：在10到30kgf/cm2的压力下，在200-250℃的温度下(低熔点的液晶聚合物薄膜的熔化温度)进行一次性压合。
步骤8，如图7所示，采用激光钻孔对多层液晶聚合物基板进行通孔的制备。由于机械加工的方法很难确保所开口的尺寸精度，误差较大，很容易形成错位。用激光进行钻孔，钻出的孔小，质量好，特别是在打大量同样的小孔时，还能保证多个小孔的尺寸形状统一，而且钻孔速度快，生产效率高。因此，采用激光钻孔工艺方法，加工垂直开口，形成多层液晶聚合物基板的通孔。采用CO2激光对液晶聚合物进行成孔加工时，可以与PI基板相匹敌。由于液晶聚合物是具有高Tg特性的基材，因而在钻孔加工中很少出现污质量问题。
步骤9，对如图7所示的多层液晶聚合物基板上形成的通孔采用化学沉铜和电镀方法进行孔金属化以及填充，这里先用化学沉积方式在孔内及板表面沉积上0.5-1.0μm化学铜作为种子层，然后采用电镀方法进行通孔的金属化以及填充。以电镀为例，具体的工艺参数为：镀液主要成分为硫酸铜和硫酸，采用高酸低铜配方，保证电镀时板面厚度分布的均匀性和对深孔小孔的深镀能力，镀液中添加有微量的氯离子；温度维持在室温状态，一般温度不超过32℃，多控制在22℃，因此在夏季因温度太高，需加装冷却温控系统。
步骤10，将已经埋置有有源和无源器件的覆铜液晶聚合物基板通过传统的PCB工艺步骤，包括压膜、曝光、蚀刻和去摸等步骤形成外层电路图形，如图8所示。
在本实施例中，所述的提供两种不同熔点的液晶聚合物薄膜包括：高熔点(大约为300-350℃)的液晶聚合物薄膜用于制备核心基板；低熔点(大约为200-250℃)的液晶聚合物薄膜用于制作介质层。
在本实施例中，同时埋置有源和无源器件到多层液晶聚合物基板中，可以实现系统级封装的概念。有源和无源器件的埋置都采用“三明治”结构，即一层高熔点的液晶聚合物薄膜，中间为一层低熔点的液晶聚合物薄膜，再一层高熔点的液晶聚合物薄膜。有源和无源器件都热压在单层或多层的低熔点液晶聚合物介质中。
在本实施例中，液晶聚合物薄膜金属化过程，主要包括：液晶聚合物金属化过程之前的表面处理，采用真空沉积的方法来制作种子层，采用电镀或者真空沉积的方法制作金属层。
液晶聚合物金属化过程之前的表面处理，是指对液晶聚合物表面进行等离子体蚀刻处理。液晶聚合物金属化之前对液晶聚合物表面进行的等离子体蚀刻处理，是指采用低温低能量的等离子体中粒子对材料表面进行处理，只涉及材料表面，不会影响材料基体的性能，进而达到对液晶聚合物表面粗化的过程。
采用真空沉积的方法在制作种子层之前，先沉积一层粘结层，是为了提高液晶聚合物薄膜与铜金属层的粘结力，以及取得精细线宽/间距的电路图形，然而粘结金属一般电导率都不高，这会给信号传输带来一定的损耗，因此这一层可以根据需要来加或者不加。
采用真空沉积的方法来制作粘结层，是指液晶聚合物薄膜金属化之前，可以先沉积一薄层的粘结层。该粘结层可以采用与氧气有非常强亲和力的金属，例如Al、Cr、Ni或者Ti等。
在本实施例中，直接采用表面层压法制备的覆铜液晶聚合物基板，无需进行液晶聚合物薄膜的金属化，该法是在液晶聚合物薄膜(一般厚度为18～70μm)两侧表面涂覆热熔型液晶聚合物树脂，覆上铜箔，通过真空压制(在350℃下)来完成。
在本实施例中，在核心基板的金属层上进行成像处理，形成内层电路图形，是指通过压膜、曝光、蚀刻和去摸等步骤形成内层电路图形。其工艺实施如下：将一层光敏干膜压在核心基板的金属层上；将布线图薄膜紧紧地粘在所述干膜上，该布线图薄膜上有预定的内电路图案；将布线图薄膜暴露在紫外光下，选择性地固化光敏干膜；显影光敏干膜，溶解掉干膜上未固化的部分，部分地暴露金属层；以固化干膜为防蚀膜，除去金属层的暴露部分；移除固化干膜，在金属层上形成内层电路图形。
在本实施例中，所述进行有源器件与第一核心基板的倒装焊连接，是指将带有凸点的有源芯片倒置，并将带有凸点的一面与第一核心基板上的内层电路相结合的微连接。有源器件与第一核心基板的倒装焊微连接，需要在有源器件与第一核心基板之间加入底部填充胶，一方面进行自对准，另一方面有效降低有源器件与基板之间的总体温度膨胀特性不匹配或外力造成的冲击。有源器件与第一核心基板的倒装焊微连接，还可以采用各向异性导电胶或者各向异性导电薄膜作为连接材料。
在本实施例中，大功率有源器件埋置时，有源器件被动面粘附一层高导热的界面散热材料，是指在有源器件倒装焊连接到液晶聚合物基板上后再在其被动面上粘附一层高导热的界面散热材料，用于有源器件的有效散热，提高其寿命。有源器件被动面粘附一层高导热的界面散热材料，该散热界面材料可选择导热胶，导热硅胶片和石墨散热片等等，还可以采用基于纳米技术的新型界面散热材料，使用高分子材料作为基底，采用电纺工艺进行制备，可以制作在有源器件的背面，形成高散热界面。有源器件被动面粘附一层高导热的界面散热材料用于散热，还可以在此基础上填加散热片、热沉或者导热孔等来进一步散热，大功率有源器件埋置时可采用此法。
在本实施例中，进行无源器件与第二核心基板的连接，是指采用表面贴装技术，将无源器件(如电阻、低容值电容、电感等)连接到第二核心基板上，再通过回流焊进行连接的方法。进行无源器件与第二核心基板的连接，这里无源器件还可以采用薄膜工艺直接埋置在多层基板中。根据需要可采用不同的技术集成。
在本实施例中，多层有机液晶聚合物基板的热压叠层堆积，是指采用梯形温度，将连接有有源器件和无源器件的高熔点液晶聚合物薄膜以及开孔和不开孔的低熔点液晶聚合物薄膜采用“三明治”的结构进行热压堆叠形成同时埋有有源和无源器件的多层液晶聚合物基板。
在本实施例中，采用激光钻孔对多层液晶聚合物基板进行通孔的制备中，还包括其它孔如盲孔和埋孔的制备。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，该多层有机液晶聚合物基板结构中同时埋置有源和无源器件，其特征在于，包括：
提供第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板；
将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板；
将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板；
将贴装有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、液晶聚合物介质层和倒装连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依序叠层堆积，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构；
采用激光钻孔对多层液晶聚合物基板结构进行通孔的制备；
对形成的通孔采用化学沉铜或电镀方法进行孔金属化以及填充；以及
对进行孔金属化以及填充的多层液晶聚合物基板结构进行压膜、曝光、蚀刻和去膜，形成外层电路图形；
其中，所述将贴装有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、液晶聚合物介质层和倒装连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依序叠层堆积，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构，具体包括：
采用熔点为200-250℃的低熔点的液晶聚合物薄膜作为液晶聚合物介质层，厚度为15到25μm，利用激光钻孔的方法，对该液晶聚合物介质层进行开孔，得到一种作为连接有源器件的有源介质层，另一种作为连接无源器件的无源介质层；
通过层压法将连接有无源器件的第二液晶聚合物核心基板、开孔的无源介质层、未开孔的液晶聚合物介质层、开孔的有源介质层和连接有有源器件的第一液晶聚合物核心基板依次层压堆叠，并热压成形，得到多层液晶聚合物基板结构。
2.根据权利要求1所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板为单层双面覆铜基板，该单层双面覆铜基板采用电镀法、层压法或者涂覆法制作。
3.根据权利要求2所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述采用层压法制作第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板，具体是在液晶聚合物薄膜两侧表面涂覆热熔型液晶聚合物树脂，覆上铜箔，通过真空压制完成。
4.根据权利要求2所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述采用电镀法制作第一液晶聚合物核心基板和第二液晶聚合物核心基板，具体是先对液晶聚合物薄膜进行表面处理，再利用化学镀或者真空沉积方法在液晶聚合物薄膜表面沉积一层种子层，最后采用电镀法进行液晶聚合物薄膜的金属化，进而制作液晶聚合物核心基板。
5.根据权利要求4所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述采用真空沉积的方法在制作种子层之前，先沉积一层粘结层，以提高液晶聚合物薄膜与铜金属层的粘结力。
6.根据权利要求5所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述采用真空沉积的方法制作粘结层，该粘结层采用金属Al、Cr、Ni或Ti。
7.根据权利要求1所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述将有源器件倒装连接到第一液晶聚合物核心基板的步骤，包括：
步骤1，采用低温低能量的等离子体对第一液晶聚合物核心基板的表面进行刻蚀处理，其中该低温低能量的等离子体是采用氧等离子体；
步骤2，采用化学镀或者真空沉积的方法在经过等离子体表面刻蚀处理后的第一液晶聚合物核心基板表面沉积种子层；
步骤3，对表面形成种子层的第一液晶聚合物核心基板采用电镀方法在液晶聚合物基板表面沉积所需的金属Cu层；
步骤4，对覆铜的第一液晶聚合物核心基板进行压膜、曝光、刻蚀和去膜，在第一液晶聚合物核心基板表面形成内层电路图形；
步骤5，利用倒装焊技术将带有凸点的有源器件连接到带有内层电路图形的第一液晶聚合物核心基板。
8.根据权利要求7所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述第一液晶聚合物核心基板选用熔点为300-350℃的高熔点的液晶聚合物薄膜，厚度为150至250μm，步骤1中所述采用低温低能量的等离子体对第一液晶聚合物核心基板的表面进行等离子体蚀刻处理，具体工艺条件为：
对第一液晶聚合物核心基板的表面采用丙酮和超纯水进行清洁处理，将经过烘干后的第一液晶聚合物核心基板的表面置于在真空条件下，刻蚀功率设定为100W，操作压力为100mTorr，该表面处理是在30sccm的氧气中进行，处理时间为3到5min。
9.根据权利要求7所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，步骤2中所述真空沉积是采用真空溅射，其工艺条件为：在抽真空到6.0×10-6Pa后，开始进行Cu金属种子层的溅射；工作气体为氩气，氩气流量为50sccm，工作压力设定为5mTorr；在溅射Cu层时氩气的DC功率为200W；Cu的溅射速度分别为67nm/min，根据沉积速度，所需的Cu层被溅射沉积到液晶聚合物薄膜上，厚度为0.2到1μm。
10.根据权利要求7所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述步骤3是指采用电镀法在已经沉积有种子层的液晶聚合物基板上沉积5到10μm的Cu层。
11.根据权利要求7所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
使用热辊将光敏干膜热压在Cu层上，然后将具有预定内层电路图案的布线图薄膜紧紧地粘附在光敏干膜上；随后，通过有图案的布线图薄膜对紫外光曝光，光敏干膜被固化；使用显影液碳酸钠和碳酸钾进行处理，溶解光敏干膜中未固化的部分，露出第一液晶聚合物核心基板上的铜层；以剩余的固化后的光敏图案作为掩模，对暴露的Cu层进行蚀刻，形成预定的内层电路图形。
12.根据权利要求7所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
对于带有凸点的有源器件，使用倒装焊键合机，在一定的温度和压力下进行倒装键合连接到第一液晶聚合物核心基板上，加入底部填充胶后进行回流焊，实现有源器件与第一液晶聚合物核心基板的连接。
13.根据权利要求12所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述底部填充胶用于在回流焊过程中进行自对准。
14.根据权利要求7所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，步骤5中所述利用倒装焊技术将带有凸点的有源器件连接到带有内层电路图形的第一液晶聚合物核心基板，采用各向异性导电胶或者各向异性导电薄膜作为连接材料。
15.根据权利要求1所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述将无源器件表面贴装到第二液晶聚合物核心基板的步骤，包括：
步骤21，采用低温低能量的等离子体对第二液晶聚合物核心基板的表面进行刻蚀处理，其中该低温低能量的等离子体是采用氧等离子体；
步骤22，采用化学镀或者真空沉积的方法在经过等离子体表面刻蚀处理后的第二液晶聚合物核心基板表面沉积种子层；
步骤23，对表面形成种子层的第一液晶聚合物核心基板采用电镀方法在液晶聚合物基板表面沉积所需的金属Cu层；
步骤24，对覆铜的第二液晶聚合物核心基板进行压膜、曝光、刻蚀和去膜，在第二液晶聚合物核心基板表面形成内层电路图形；
步骤25，利用表面贴装技术将无源器件连接到带有内层电路图形的第二液晶聚合物核心基板。
16.根据权利要求15所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述第二液晶聚合物核心基板选用高熔点的液晶聚合物薄膜，厚度为150至250μm，步骤21中所述采用低温低能量的等离子体对第二液晶聚合物核心基板的表面进行刻蚀处理，具体工艺条件为：
对第二液晶聚合物核心基板的表面采用丙酮和超纯水进行清洁处理，将经过烘干后的第二液晶聚合物核心基板的表面置于在真空条件下，刻蚀功率设定为100W，操作压力为100mTorr，该表面处理是在30sccm的氧气中进行，处理时间为3到5min。
17.根据权利要求15所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，步骤22中所述真空沉积是采用真空溅射，其工艺条件为：在抽真空到6.0×10-6Pa后，开始进行Cu金属种子层的溅射；工作气体为氩气，氩气流量为50sccm，工作压力设定为5mTorr；在溅射Cu层时氩气的DC功率为200W；Cu的溅射速度分别为67nm/min，根据沉积速度，所需的Cu层被溅射沉积到液晶聚合物薄膜上，厚度为0.2到1μm。
18.根据权利要求15所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述步骤23是指采用电镀法在已经沉积有种子层的液晶聚合物基板上沉积5到10μm的Cu层。
19.根据权利要求15所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述步骤24具体包括：
使用热辊将光敏干膜热压在Cu层上，然后将具有预定内层电路图案的布线图薄膜紧紧地粘附在光敏干膜上；随后，通过有图案的布线图薄膜对紫外光曝光，光敏干膜被固化；使用显影液碳酸钠和碳酸钾进行处理，溶解光敏干膜中未固化的部分，露出第二液晶聚合物核心基板上的铜层；以剩余的固化后的光敏图案作为掩模，对暴露的Cu层进行蚀刻，形成预定的内层电路图形。
20.根据权利要求15所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，步骤25中所述利用表面贴装技术将无源器件连接到带有内层电路图形的第二液晶聚合物核心基板，核心基板是固定的，贴片机的贴片头在送料器和基板之间来回移动，将元件从元器件料架上取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于核心基板上；其工艺流程为：
首先将焊膏或贴片胶漏印到第二液晶聚合物核心基板的电路焊盘上，为元器件的焊接做准备，所用设备为锡膏印刷机；接着将表面组装元器件准确安装到第二液晶聚合物核心基板的固定位置上，所用设备为贴片机；然后是将焊膏融化，使表面组装元器件与基板牢固粘接在一起，所用设备为回流焊炉；最后是先将组装好的基板上的对人体有害的焊接残留物如助焊剂除去后，再对组装好的基板进行焊接质量和装配质量的检测。
21.根据权利要求1所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述在层压堆叠的过程中需要先进行定位孔的制作，以便层压过程中有效地对准。
22.根据权利要求1所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，所述对形成的通孔采用化学沉铜或电镀方法进行孔金属化以及填充，具体包括：
采用化学沉铜和电镀方法进行孔金属化以及填充，先用化学沉积方式在孔内及板表面沉积上一薄层化学铜作为种子层，然后采用电镀方法进行通孔及盲孔的金属化以及填充。
23.根据权利要求1所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，其特征在于，对于大功率有源器件的埋入，采用以下散热措施以帮助器件有效地散热：在有源器件被动面粘附一层高导热界面散热材料后，再通过基板上的散热孔与散热片或者热沉连接。
24.根据权利要求23所述的制作多层有机液晶聚合物基板结构的方法，所选用的高导热界面散热材料，基于纳米技术，使用高分子材料作为基底，采用电纺工艺进行制备，制作在有源器件的背面，作为高散热界面或作为高导热粘合剂连接有源器件和散热片或热沉。
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