CN102723652B - 一种台阶型ltcc带状线i/o接头的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法，其具体步骤为：将接头分为脊梁（1）和底座（2）两部分，先将小尺寸的I/O接头进行四寸拼版，根据绘制的版图，通过打定位孔和对位孔、印刷传输线和钎焊金属、叠片的过程制作四寸生瓷底座块（10），通过印刷钎焊金属、叠片、层压的过程制作生瓷脊梁条（11）；将生瓷脊梁条（11）置于橡胶模具（12）中，与底座块（10）对位压合为一体，沿切割线（8）将其切割成小块并进行接地面的封端，最后烧结成可使用的台阶型LTCC带状线I/O接头。本方法灵活高效、制作精度高、节省材料，适合于各种尺寸、不同端口数的LTCC带状线I/O接头的研制和批量生产。

Description

一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法
技术领域
本发明涉及一种I/O接头的制作方法，特别是一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法。
背景技术
LTCC（低温共烧陶瓷）工艺用于微电子领域片式阻容元件、无源功能器件、功能模块/组件的电路基板以及封装体等，尤其是在一些高集成度、有气密性要求的金属封装微波/毫米波电路模块/组件中，采用LTCC工艺制作带状线I/O接头取代传统的射频同轴连接器或视频插头，可以减小封装的体积和重量，并提高射频信号的输入输出传输性能，实现封装产品的小型化、高密度和高性能。
过去，LTCC带状线I/O接头的制作方法有两种：一种是采用垂直过孔方式将穿越封装腔壁的传输线引到LTCC多层基板内层的平面结构体，其步骤为：排版制图、打孔、填孔、印刷传输线和接地面导体、对位叠片、层压、切成单个接头、烧结成型，这种制作方式虽然简单，但是增加了通孔传输路径，对制作工艺精度要求非常高，驻波特性不易保证；另一种方法是采用常规腔体工艺制作成横截面呈“凸”字台阶型的异性结构体，其步骤为：排版制图、生瓷片上冲制多个腔体、印刷传输线和接地面导体、对位叠片、填充嵌件、层压、切成单个接头、烧结成型，这种结构直接通过平面带线实现封装腔壁内外电路的互联，传输性能好，存在的问题是：需要冲制多块或大面积的腔体，一方面制作复杂、效率低，外形精度不易保证，其次多而大的腔体不利于凸台面的接地金属导体印刷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法，解决常规制作方法制作的接头传输性能不易保证、制作工艺复杂、效率低、精度差的问题。
一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法，其具体步骤为：
第一步 布局和制版
单个I/O接头端子数为M、底座长为a、底座宽为b、脊梁宽为W、总高为H1。
绘制孔图：在四寸版图的四个角绘制2.5mm孔径的叠片定位孔，右下角的叠片定位孔靠左15mm处另有一个叠片定位孔，四个角的叠片定位孔以内3mm处为竖直排列间距3mm、孔径0.25mm的三个印刷对位孔。
绘制传输线版图、钎焊层版图以及模具图：将接头俯视图以横向和纵向均为0.1mm间距规则地排布在绘制好孔图的四寸版图的A×B中心区域，40mm<A=m(a+0.1)<80mm，40mm<B=n(b+0.1)<80mm，其中，m、n为整数，在A×B中心区域外围绘制长4mm、宽0.12mm的切割线。将孔图、传输线图形、切割线分离出来，形成传输线版图；将孔图和中心区域A×B的框图分离出来，形成钎焊层版图；将孔图、脊梁钎焊金属层图形分离出来，并以四寸版图的外框为内框绘制宽4mm～6mm的外环形框，形成模具图。
第二步 制作生瓷底座块
选用N张4×4寸生瓷片，依次在右下角标注D1、D2……DN。根据制版图上的冲孔图形，采用冲孔机在每张生瓷片上冲制叠片定位孔和印刷对位孔；根据钎焊层版图和传输线版图，采用丝网印刷机在第1张生瓷片背面印刷LTCC工艺钎焊浆料，在第N张生瓷片正面印刷LTCC工艺传输线导体浆料，分别制作出底座钎焊金属层和传输线图形，并将生瓷片上的浆料烘干；最后将第1～N张生瓷片按照自下向上的顺序进行对位叠片，形成生瓷底座块。
第三步 制作生瓷脊梁条
选用N张4×2寸与第二步相同型号的生瓷片，依次在右下角标注J1、J2……JN。根据钎焊层版图，采用丝网印刷机在第N张生瓷片正面印刷LTCC工艺钎焊浆料，烘干后，将第1～N张生瓷片按照自下向上的顺序进行对位叠片。用密封袋将生瓷叠层和层压板密封在一起，放入层压机中进行等静压；层压结束后，取出生瓷叠层，采用切割机沿生瓷叠层短边切割成A×W的生瓷脊梁条。
第四步 制作橡胶模具
根据模具图，制作与四寸拼版的I/O接头成正模的塑料模具，其中：模具板总厚度为H3；塑料脊梁凸起高度H2=H1/2+△H，其中-0.05mm<△H<0，塑料脊梁凸起与外环形框在同一平面。采用灌注方式将流状橡胶材料灌注到塑料模具中，凝固后形成与四寸拼版的I/O接头成反模的橡胶模具，其腔槽尺寸与生瓷脊梁条一致，定位柱长H4大于生瓷块底座的定位孔深度，H4=H3-H2>H1/2，即模具板厚H3>H1+△H。
第五步 将生瓷脊梁条与生瓷底座块进行定位并层压
将生瓷脊梁条无导体层的一面涂上膏状蜂蜡，放入橡胶模具与生瓷脊梁条对应的腔槽中，使生瓷脊梁条与腔槽粘合；生瓷底座块的定位孔贯穿橡胶模具的定位柱，实现生瓷脊梁条和生瓷底座的对位和定位；将定位在一起的生瓷底座和橡胶模具置于6寸层压板上，密封后放入层压机中进行等静压；层压结束后，取下橡胶模具，生瓷脊梁条与生瓷底座块即压合为一体形成四寸拼版生瓷坯块。
第六步 单个I/O接头成型及接地面封端
采用四寸切割机沿切割线将四寸拼版生瓷坯块切割为单个I/O接头小块；在单个I/O接头小块的两个接地端涂上LTCC工艺钎焊浆料，并将浆料烘干。
第七步 I/O接头生瓷块烧结成型
将单个I/O接头生瓷块放入烧结炉中采用LTCC标准烧结曲线进行排胶和烧结。
至此，完成了台阶型LTCC带状线I/O接头的制作。
本发明采用脊梁和底座压合的方式制作台阶型LTCC I/O接头，避免了以往常规腔体制作过程带来的精度不易保证、接地层印刷麻烦等问题。本方法接头上下表面的钎焊金属层直接大面积印刷，简单方便；脊梁通过切割形成，尺寸精度高、边沿整齐、无金属外溢；脊梁与底座的对位采用橡胶模具，保证了对位精度；此外，多I/O接头的无间距拼版制作，可以简单切割成需要的大小和数量，具有灵活性高、效率高、材料利用率高的优点，适合于各种尺寸、不同端口数的LTCC带状线I/O接头的批量生产。
附图说明
图1 一种台阶型LTCC带状线I/O接头截面图；
图2 一种台阶型LTCC带状线I/O接头俯视图；
图3 一种台阶型LTCC带状线I/O接头四寸制版孔图；
图4 一种台阶型LTCC带状线I/O接头四寸拼版图；
图5 一种台阶型LTCC带状线I/O接头传输线版图；
图6 一种台阶型LTCC带状线I/O接头钎焊层版图；
图7 一种台阶型LTCC带状线I/O接头模具图；
图8 底座和脊梁的定位示意图。
1.脊梁 2.底座 3.脊梁钎焊金属层 4.传输线 5.底座钎焊金属层 6.叠片定位孔 7.印刷对位孔 8.切割线 9.外环形框 10.生瓷底座块 11.生瓷脊梁条 12.橡胶模具 13.定位柱。
具体实施方式
一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法，其具体步骤为：
第一步 布局和制版
单个I/O接头的端子数为一个、底座2长为6.2 mm、底座2宽为9mm、脊梁1宽为2mm、总高度为1.2mm、传输线4宽0.72mm的单端子I/O接头，以及端子数为六个、底座2长为20mm、底座2宽为9mm、脊梁1宽为2mm、总高度为1.2mm、传输线4宽0.72mm的六端子接头为例介绍其制作。
绘制孔图：在四寸版图的四个角设计2.5mm孔径的叠片定位孔6，右下角叠片定位孔6靠左15mm处另外开有一个叠片定位孔6；四角的叠片定位孔6以内3mm处为竖直排列间距3mm、孔径0.25mm的3个印刷对位孔7。
绘制传输线版图、钎焊层版图以及模具图：将21个单端子接头和14个六端子接头俯视图以横向和纵向均为0.1mm的间距，规则地排布在绘制好孔图的四寸拼版的63.6mm×59mm的中心区域，并在中心区域外围绘制长4mm、宽0.12mm的切割线8。将孔图、传输线图形、切割线分离出来，形成传输线版图；将孔图和中心区域63.6mm×59mm的框图分离出来，形成钎焊层版图；将孔图、脊梁钎焊金属层3图形分离出来，并以四寸版图外框为内框绘制宽5mm的外环形框9，形成模具图。
第二步 制作生瓷底座块10
选用2张4×4寸Dupont 951PX（256μm）生瓷片和1张4×4寸Dupont 951PT（114μm）生瓷片，依次在右下角标注D1、D2、D3。根据制版图上的冲孔图形：采用冲孔机在3张生瓷片上均冲制叠片定位孔6和印刷对位孔7；根据钎焊层版图和传输线版图，采用丝网印刷机，在第1张生瓷片即PX背面印刷LTCC工艺钎焊浆料，在第3张生瓷片即PT正面印刷LTCC工艺传输线导体浆料，分别制作出底座钎焊金属层5和传输线4图形，然后将生瓷片上的浆料烘干；最后将第1～3张生瓷片按照自下向上的顺序进行对位叠片，形成生瓷底座块10。
第三步 制作生瓷脊梁条11
选用2张4×2寸Dupont 951 PX（256μm）生瓷片和1张4×2寸Dupont 951 PT（114μm）生瓷片，依次在右下角标注J1、J2、J3。根据钎焊金属层版图，采用丝网印刷机在第3张生瓷片即PT正面印刷LTCC工艺钎焊浆料，烘干后，将第1～3张生瓷片按照自下向上的顺序进行对位叠片；用密封袋将生瓷叠层和层压板密封在一起，放入层压机中进行等静压；层压结束后，取出生瓷叠层，采用切割机沿生瓷叠层短边切割成63.6mm×2mm的生瓷脊梁条11。
第四步 制作橡胶模具
首先根据模具图，制作与四寸拼版的I/O接头成正模的塑料模具，其中：模具板厚4mm，塑料脊梁凸起0.58mm与外环形框9在同一平面。采用灌注方式将流状橡胶材料灌注到塑料模具中，凝固后形成与四寸拼版的I/O接头成反模的橡胶模具12，其腔槽尺寸与生瓷脊梁条一致，定位柱13长3.42mm大于生瓷块底座的定位孔6的深度。
第五步 将生瓷脊梁条11与生瓷底座块10进行定位并层压
将生瓷脊梁条11无导体层的一面涂上膏状蜂蜡，放入橡胶模具12中与生瓷脊梁条11对应的腔槽中，使生瓷脊梁条11与腔槽粘合；生瓷底座块的定位孔贯穿橡胶模具12的定位柱13，实现生瓷脊梁条11和生瓷底座块10的对位和定位；将定位在一起的生瓷底座块10和橡胶模具12平放在6寸层压板上，密封好后放入层压机中进行等静压；层压结束后，取下橡胶模具12，生瓷脊梁条11与生瓷底座块10即压合为一体，形成四寸拼版生瓷坯块。
第六步 单个I/O接头成型及接地面封端
采用四寸切割机沿切割线8将四寸拼版生瓷坯块切割为单个I/O接头小块；在单个I/O接头小块的两个接地端涂上LTCC工艺钎焊浆料，并将浆料烘干。
第七步 I/O接头生瓷块烧结成型
将切成小块的I/O生瓷接头放入烧结炉中采用LTCC标准烧结曲线进行排胶和烧结。
至此，完成了台阶型LTCC带状线I/O接头的制作。

Claims (1)

1.一种台阶型LTCC带状线I/O接头的制作方法，其特征在于具体步骤为：
第一步布局和制版
单个I/O接头端子数为M、底座(2)长为a、底座(2)宽为b、脊梁(1)宽为W、总高为H1；其中：M＝1，a＝6.2mm或者M＝6，a＝20mm；b＝9mm，W＝2mm，H1＝1.2mm；
绘制制版孔图：在四寸版图的四个角绘制2.5mm孔径的叠片定位孔(6)，右下角的叠片定位孔(6)靠左15mm处另有一个叠片定位孔(6)，四个角的叠片定位孔(6)以内3mm处为竖直排列间距3mm、孔径0.25mm的三个印刷对位孔(7)；
绘制传输线(4)版图、钎焊层版图以及模具图：将接头俯视图以横向和纵向均为0.1mm间距规则地排布在绘制好孔图的四寸版图的A×B中心区域，40mm<A＝m(a+0.1)<80mm，40mm<B＝n(b+0.1)<80mm，其中，m、n为整数，在A×B中心区域外围绘制长4mm、宽0.12mm的切割线(8)；将孔图、传输线图形、切割线(8)分离出来，形成传输线(4)版图；将孔图和中心区域A×B的框图分离出来，形成钎焊层版图；将孔图、脊梁钎焊金属层(3)图形分离出来，并以四寸版图的外框为内框绘制宽4mm～6mm的外环形框(9)，形成模具图；
第二步制作生瓷底座块(10)
选用N张4×4寸生瓷片，其中N＝3，依次在右下角标注D1、D2……DN；根据制版孔图上的冲孔图形，采用冲孔机在每张生瓷片上冲制叠片定位孔(6)和印刷对位孔(7)；根据钎焊层版图和传输线(4)版图，采用丝网印刷机在第1张生瓷片背面印刷LTCC工艺钎焊浆料，在第N张生瓷片正面印刷LTCC工艺传输线导体浆料，分别制作出底座钎焊金属层(5)和传输线(4)图形，并将生瓷片上的浆料烘干；最后将第1～N张生瓷片按照自下向上的顺序进行对位叠片，形成生瓷底座块(10)；
第三步制作生瓷脊梁条(11)
选用N张4×2寸与第二步相同型号的生瓷片，依次在右下角标注J1、J2……JN；根据钎焊层版图，采用丝网印刷机在第N张生瓷片正面印刷LTCC工艺钎焊浆料，烘干后，将第1～N张生瓷片按照自下向上的顺序进行对位叠片；用密封袋将生瓷叠层和层压板密封在一起，放入层压机中进行等静压；层压结束后，取出生瓷叠层，采用切割机沿生瓷叠层短边切割成A×W的生瓷脊梁条(11)；
第四步制作橡胶模具(12)
根据模具图，制作与四寸拼版的I/O接头成正模的塑料模具，其中：模具板总厚度为H3；塑料脊梁凸起高度H2＝H1/2+△H，其中-0.05mm<△H<0，塑料脊梁凸起与外环形框(9)在同一平面；采用灌注方式将流状橡胶材料灌注到塑料模具中，凝固后形成与四寸拼版的I/O接头成反模的橡胶模具(12)，其腔槽尺寸与生瓷脊梁条(11)一致，定位柱(13)长H4大于生瓷块底座的定位孔深度，H4＝H3-H2>H1/2，即模具板厚H3>H1+△H；
第五步将生瓷脊梁条(11)与生瓷底座块(10)进行定位并层压
将生瓷脊梁条(11)无导体层的一面涂上膏状蜂蜡，放入橡胶模具(12)与生瓷脊梁条(11)对应的腔槽中，使生瓷脊梁条(11)与腔槽粘合；生瓷底座块(10)的定位孔贯穿橡胶模具(12)的定位柱(13)，实现生瓷脊梁条(11)和生瓷底座的对位和定位；将定位在一起的生瓷底座和橡胶模具(12)置于6寸层压板上，密封后放入层压机中进行等静压；层压结束后，取下橡胶模具(12)，生瓷脊梁条(11)与生瓷底座块(10)即压合为一体形成四寸拼版生瓷坯块；
第六步单个I/O接头成型及接地面封端
采用四寸切割机沿切割线(8)将四寸拼版生瓷坯块切割为单个I/O接头小块；在单个I/O接头小块的两个接地端涂上LTCC工艺钎焊浆料，并将浆料烘干；
第七步I/O接头生瓷块烧结成型
将单个I/O接头生瓷块放入烧结炉中采用LTCC标准烧结曲线进行排胶和烧结；
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