CN102724822B - 一种ltcc基板表面平整度控制工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LTCC基板表面平整度控制工艺方法，其具体步骤为：将LTCC基板制备需要的生瓷片准备好，采用冲孔机冲制电路通孔；揭开Mylar膜；在生瓷片上填充LTCC工艺孔金属浆料，滚轮滚压孔，使填充金属浆料的孔凸起部分均匀压平，在生瓷片上印刷LTCC工艺金属导体浆料，形成电路图形；将各层生瓷片对位叠片，层压后得到大块LTCC生瓷坯；将大块的LTCC生瓷坯切割成小块电路后，烧结成致密而平整的LTCC电路基板。至此，实现了LTCC基板表面平整度控制的工艺过程。本方法成本低、简单有效，适合对表面平整度要求很高的埋置芯片复杂腔体结构基板以及自动批量微组装基板的研制和生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面平整度控制工艺方法，特别是一种LTCC基板表面平整度控制工艺方法。
背景技术
LTCC（低温共烧陶瓷）工艺用于小型化MCM微波/毫米波模块/组件的三维空间垂直布线的高密度多层电路基板制造。LTCC基板烧结成型后，其表面平整度会影响电路的微波特性，如接地性能、微波损耗、表层导体附着力以及后续组装效果，特别是裸芯片的组装和基板的钎焊，对平整度要求非常高，这是由于基板的不平整导致焊接空洞率大最终影响模块的接地特性。LTCC基板的平整度影响因素涉及各层导体分布、生瓷浆料匹配以及填孔、印刷、叠压以及烧结等各个工序的控制。
传统的基板平整度控制工艺方法是通过优化布线布局设计，生瓷和浆料按材料供应商提供的方案进行最优匹配，同时在优化和稳定层压参数、烧结曲线以及保证生产环境的情况下，将LTCC基板平整度控制在30μm，可以满足基板手工钎焊和对精度要求不是很高的芯片贴装的组装要求，通过施加压力和反复手工摩擦，使焊接界面基本无缝隙，达到空洞率低于10%。以下两种情况对平整度要求非常苛刻：①埋置芯片的复杂腔体基板中，由于腔体结构与芯片尺寸吻合，不易实施手工摩擦；②LTCC基板的批量微组装中，采用半自动芯片组装设备和基板批量共晶回流焊设备，仅施加了静压力而无摩擦。针对上述情况，为使空洞率低于10%，需要将基板焊接区域的局部平整度控制在≤15μm，传统的方法较难达到这一要求，存在的主要问题是：为防止生瓷片变形，生瓷片背面50μm厚的Mylar背模需要一直留到叠片时揭除，由此带来填孔后生瓷片背面金属孔柱高出近50μm，多层生瓷叠压使生瓷变薄而金属孔柱压缩率相对较小，因此多层叠加继续恶化孔高，层压后其向不接触层压板的一面凸起，烧结后孔柱突起20μm左右，由此导致焊接区域凹凸不平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LTCC基板表面平整度控制工艺方法，解决常规工艺方法中基板表面金属孔柱凸起而导致焊接区域凹凸不平的问题。
一种LTCC基板表面平整度控制工艺方法，其具体步骤为：
第一步 生瓷片冲孔
将LTCC基板制备需要的生瓷片准备好，采用冲孔机冲制电路通孔。
第二步 揭开Mylar膜
将需要印孔的生瓷片翻转到放有干净Mylar膜的托盘上，将直尺沿着与Mylar膜对角线平行的方向按在Mylar膜的一角上，将该角揭起，随着直尺平行地向对角移动，Mylar膜随着直尺揭起，生瓷无变形。生瓷片传递过程中，采用一片100μm厚的塑料薄片来支撑和承载，防止变形。
第三步 通孔填充浆料
采用丝网印刷机在生瓷片上填充LTCC工艺孔金属浆料，工艺参数为：浆料粘度：35万里泊～45万里泊；印刷压力：0.28 Mpa～0.32Mpa；印刷速度：4 mm/s～6mm/s。然后将生瓷片在70℃～90℃的温度下，烘干15分钟～20分钟。
第四步 滚轮滚压孔
将烘干孔的生瓷片置于工作台上覆有干净Mylar膜的托盘上，在生瓷片上再覆盖一层干净Mylar膜，用滚轮从靠近操作者的一边向对边均匀滚压整张生瓷片两次；将托盘顺时针旋转90度时，均匀滚压整张生瓷片两次；顺时针旋转180度时，均匀滚压整张生瓷片两次；顺时针旋转270度时，均匀滚压整张生瓷片两次，使填充金属浆料的孔凸起部分均匀压平。
第五步 印刷导体
采用丝网印刷机在生瓷片上印刷LTCC工艺金属导体浆料，形成电路图形，工艺参数为：浆料粘度：20万里泊～30万里泊，脱网距离：1.1 mm～1.4mm，印刷压力：0.3 Mpa～0.34Mpa，印刷速度：15mm/s～25mm/s。然后将生瓷片在70℃～90℃的温度下，烘干15分钟～20分钟。
第六步 生瓷片双板层压
将各层生瓷片对位叠片，采用两块尺寸相同的层压板将生瓷叠片夹在中间，保证生瓷叠层各边超出层压板部分宽度为2mm～10mm；将边沿多出来的生瓷用刀片整齐削掉；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，层压参数为：温度70℃、压力2000 psi～3000psi、打压时间10 min～20min。层压结束后，取出压实的大块LTCC生瓷坯。
第七步 生瓷坯切割和压片烧结
采用生瓷切割机将大块的LTCC生瓷坯切割成小块电路后，平放到烧结炉的支架上，并压上一块氧化铝陶瓷片，最终烧结成致密而平整的LTCC电路基板。
至此，实现了LTCC基板表面平整度控制工艺。
本方法采用揭掉背膜印孔，避免了背模带来的50μm孔高，然后采用优化的工艺参数，可将通孔柱凸起高度控制在10μm以内，再通过滚孔的方式将其压平，双板层压以及压片烧结也有效地改善了生瓷烧结后基片的表面平整度。通过以上措施，可将烧结后的金导孔柱凸起高度控制在5μm以内，银导孔柱凸起高度控制在3μm以内，基板整体平整度控制在15μm以内。本发明的方法成本低、简单有效，适合对表面平整度要求很高的埋置芯片复杂腔体结构基板以及自动批量微组装基板的研制和生产。
具体实施方式
一种LTCC基板表面平整度控制工艺方法，其具体步骤为：
第一步 生瓷片冲孔
将LTCC基板制备需要的生瓷片准备好，采用冲孔机冲制电路通孔。
第二步 揭开Mylar膜
将需要印孔的生瓷片翻转到放有干净Mylar膜的托盘上，将直尺沿着与Mylar膜对角线平行的方向按在Mylar膜的一角上，将该角揭起，随着直尺平行地向对角移动，Mylar膜随着直尺揭起，生瓷无变形。生瓷片传递过程中，采用一片100μm厚的塑料薄片来支撑和承载，防止变形。
第三步 通孔填充浆料
采用丝网印刷机在生瓷片上填充LTCC工艺孔金属浆料，工艺参数为：浆料粘度：35万里泊～45万里泊；印刷压力：0.3Mpa；印刷速度：5mm/s。然后将生瓷片在70℃的温度下，烘干20分钟。
第四步 滚轮滚压孔
将烘干孔的生瓷片置于工作台上覆有干净Mylar膜的托盘上，在生瓷片上再覆盖一层干净Mylar膜，用滚轮从靠近操作者的一边向对边均匀滚压整张生瓷片两次；将托盘顺时针旋转90度时，均匀滚压整张生瓷片两次；顺时针旋转180度时，均匀滚压整张生瓷片两次；顺时针旋转270度时，均匀滚压整张生瓷片两次，使填充金属浆料的孔凸起部分均匀压平。
第五步 印刷导体
采用丝网印刷机在生瓷片上印刷LTCC工艺金属导体浆料，形成电路图形，工艺参数为：浆料粘度：20万里泊～30万里泊，脱网距离：1.3mm，印刷压力：0.32Mpa，印刷速度：20mm/s。然后将生瓷片在70℃的温度下，烘干20分钟。
第六步 生瓷片双板层压
将各层生瓷片对位叠片，采用两块尺寸相同的层压板将生瓷叠片夹在中间，保证生瓷叠层各边超出层压板部分宽度为4mm；将边沿多出来的生瓷用刀片整齐削掉；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，层压参数为：温度70℃、压力3000psi、打压时间10min。层压结束后，取出压实的大块LTCC生瓷坯。
第七步 生瓷坯切割和压片烧结
采用生瓷切割机将大块的LTCC生瓷坯切割成小块电路后，平放到烧结炉的支架上，并压上一块氧化铝陶瓷片，最终烧结成致密而平整的LTCC电路基板。
至此，实现了LTCC基板表面平整度控制工艺。
Claims (1)
1.一种LTCC基板表面平整度控制工艺方法，其特征在于具体步骤为：
第一步生瓷片冲孔
将LTCC基板制备需要的生瓷片准备好，采用冲孔机冲制电路通孔；其中LTCC为低温共烧陶瓷；
第二步揭开Mylar膜
将需要印孔的生瓷片翻转到放有干净Mylar膜的托盘上，将直尺沿着与Mylar膜对角线平行的方向按在Mylar膜的一角上，将该角揭起，随着直尺平行地向对角移动，Mylar膜随着直尺揭起，生瓷无变形；生瓷片传递过程中，采用一片100μm厚的塑料薄片来支撑和承载，防止变形；
第三步通孔填充浆料
采用丝网印刷机在生瓷片上填充LTCC工艺孔金属浆料，工艺参数为：浆料粘度：35万里泊～45万里泊；印刷压力：0.28Mpa～0.32Mpa；印刷速度：4mm/s～6mm/s；然后将生瓷片在70℃～90℃的温度下，烘干15分钟～20分钟；
第四步滚轮滚压孔
将烘干孔的生瓷片置于工作台上覆有干净Mylar膜的托盘上，在生瓷片上再覆盖一层干净Mylar膜，用滚轮从靠近操作者的一边向对边均匀滚压整张生瓷片两次；将托盘顺时针旋转90度时，均匀滚压整张生瓷片两次；顺时针旋转180度时，均匀滚压整张生瓷片两次；顺时针旋转270度时，均匀滚压整张生瓷片两次，使填充金属浆料的孔凸起部分均匀压平；
第五步印刷导体
采用丝网印刷机在生瓷片上印刷LTCC工艺金属导体浆料，形成电路图形，工艺参数为：浆料粘度：20万里泊～30万里泊，脱网距离：1.1mm～1.4mm，印刷压力：0.3Mpa～0.34Mpa，印刷速度：15mm/s～25mm/s；然后将生瓷片在70℃～90℃的温度下，烘干15分钟～20分钟；
第六步生瓷片双板层压
将各层生瓷片对位叠片，采用两块尺寸相同的层压板将生瓷叠片夹在中间，保证生瓷叠层各边超出层压板部分宽度为2mm～10mm；将边沿多出来的生瓷用刀片整齐削掉；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，层压参数为：温度70℃、压力2000psi～3000psi、打压时间10min～20min；层压结束后，取出压实的大块LTCC生瓷坯；
第七步生瓷坯切割和压片烧结
采用生瓷切割机将大块的LTCC生瓷坯切割成小块电路后，平放到烧结炉的支架上，并压上一块氧化铝陶瓷片，最终烧结成致密而平整的LTCC电路基板；
至此，实现了LTCC基板表面平整度控制工艺。
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