CN103874345A - 一种利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，包括在陶瓷基片上设置通孔，将液态金属通过压差填入通孔内，并在单层陶瓷基片上制作电路，然后将叠加后的多层陶瓷基片通孔内的金属熔化，使每层的陶瓷基片的通孔连接。本发明提供的制备方法，工艺过程可控，实施精度高，能够制造含不同陶瓷材料的多层微波电路。通过调整陶瓷基片内的压力，利用与外界大气压的压差将金属液槽的液态金属压入陶瓷基片的通孔内，并自升高内部压强，使填充口与金属液槽之间的液态金属自然脱落，不但填充速度较快，而且填充的精度较高，切割效果好，使后期多层陶瓷基片叠加后，熔化的金属能够相互连接。
Description
技术领域
本发明涉及微波电路的制备，具体涉及到一种利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法。
背景技术
传统的单层微波电路进行三维堆叠在小型化的要求下成为微波电路的发展趋势。实现三维堆叠后的微波电路统称为微波多层电路，微波多层电路的关键技术有三点：1、电路图形的制作；2、多层基片的连接固定；3、不同层电路的互联。现有微波多层电路制造技术有：
1、低温共烧陶瓷技术
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，并将多个被动组件埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。该技术易于实现更多布线层数，提高组装密度。缺点在于该技术采用的导体浆料印刷属于厚膜技术，电路图形加工精度不高；在900℃烧结时，瓷片及导体浆料会在各个方向产生收缩，电路图形尺寸会发生改变，烧结后的瓷片翘曲，成品率不高；生瓷片及导体浆料价格昂贵，整个工艺成本高，实现批量生产困难。
2、多层微波印制板技术
多层微波印制板技术的工艺流程是在单层聚四氟乙烯上通过光刻制造电路图形，再将有不同电路图形的聚四氟乙烯板通过粘接片堆叠，在需要层间互联的地方通过机械钻孔，并将通孔用电镀的方法金属化。多层微波印制板技术是在多层PCB技术的基础上发展起来的。主要缺点有通孔金属化难度大，时间长，成本高，原因在于聚四氟乙烯材料不导电，要金属化其表面，先要对该材料进行化学活化，活化之后在进行电镀，活化；金属化孔所用的金属和基片材料热膨胀系数相差很大，金属层容易断裂导致电路断开；聚四氟乙烯材料散热性能差，不适合大功率应用，表面不能装贴芯片。
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提出了一种新的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法。
为达上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，包括以下步骤：
单层陶瓷基片通孔的制作：在陶瓷基片上制作通孔，通孔大小为50~1000um；
单层陶瓷基片通孔的填充：由上至下依次叠放上填充板、陶瓷基片和下填充板，下填充板上设有与通孔垂直对应的填充口，填充口与通孔的半径之比为0~0.5:1；所述上填充板和陶瓷基片之间具有间隙一，陶瓷基片与下填充板之间具有间隙二；将下填充板的下表面与金属液槽接触，让上填充板、陶瓷基片和下填充板内部的气压小于外界大气压，使内部形成向上的引力，金属液槽的液态金属沿填充口填充至通孔中，当通孔中完全填充液态金属后，逐渐升高上填充板、陶瓷基片和下填充板内部的气压，使液态金属从填充口断开；冷却，取出单层陶瓷基片；
电路图的制作：在通孔充满金属的单层陶瓷基片上制作电路图，同时在其表面涂覆光刻胶，并将通孔表面及其周围的光刻胶曝光并去除；
多层微波电路的制作：将若干层已经制作有电路图的单层陶瓷基片叠放压紧，且所有单层陶瓷基片的通孔在竖直方向上对位，并在最下层的单层陶瓷基片上叠加无通孔的陶瓷基片，固定后加热至金属熔点，使每层的单层陶瓷基片上通孔内的金属熔化后连接，冷却至常温。
优选的，使用激光或者机械加工的方式在陶瓷基片上制作通孔。
优选的，间隙一和间隙二的高度为1~20mm。
优选的，通孔至少垂直对应一个填充口。
优选的，在液态金属上升进入通孔时，陶瓷基片内部与外界大气压的压强差大于两倍液态金属的表面张力系数与填充孔半径之比。
优选的，在通孔填充完毕时，陶瓷基片内部与外界大气压的压强差小于液态金属的表面张力系数与填充孔半径之比。
优选的，光刻胶的厚度为1~10mm。
综上所述，本发明具有以下优点：
本发明提供的制备方法，工艺过程可控，实施精度高，能够制造含不同陶瓷材料的多层微波电路。通过调整陶瓷基片内的压力，利用与外界大气压的压差将金属液槽的液态金属压入陶瓷基片的通孔内，并升高内部压强，使填充口与金属液槽之间的液态金属自然脱落，不但填充速度较快，而且填充的精度较高，切割效果好，使后期多层陶瓷基片叠加后，熔化的金属能够相互连接。
附图说明
图1为本发明实施例1中陶瓷基片填充液态金属时与上填充板和下填充板的安装结构图；
图2为本发明实施例2制作的三层陶瓷基片微波电路结构图；其中黑色条框表示制作在陶瓷基片上的电路图。
其中，1、上填充板；2、陶瓷基片；3、下填充板；4、间隙一；5、间隙二；6、密封腔；7、金属液槽；8、第一层陶瓷基片；9、第二层陶瓷基片；10、第三层陶瓷基片；11、光刻胶。
具体实施方式
实施例1
选取陶瓷基片2，在其上制作通孔，通孔可以采用机械或者激光打孔的方式得到。由上至下依次叠放上填充板1、陶瓷基片2和下填充板3，上填充板1和下填充板3可以由陶瓷制成。下填充板3上设有与通孔垂直对应的填充口，通孔和填充口的尺寸均为微米级，但是通孔的尺寸比填充口大，填充口的半径小于通孔半径的二分之一。
上填充板1和陶瓷基片2之间具有间隙一4，陶瓷基片2与下填充板3之间具有间隙二5，间隙一4和间隙二5的高度为1~20mm。间隙一4和间隙二5是用于保持上填充板1、陶瓷基片2和下填充板3三者形成的结构内压强保持一致，同时能够让金属液槽的液态金属能够上升至通孔中。
填充口的下表面与金属液槽7接触，将上填充板1、陶瓷基片2和下填充板3安装在密封腔6内，密封腔6内设有出气口，并连接气压调节装置，让密封腔6内的气压改变，进而实现上填充板1、陶瓷基片2和下填充板3内部的气压改变。
当密封腔6内的压强降低，上填充板1、陶瓷基片2和下填充板3内部的气压小于外界大气压时，其内部形成向上的引力，金属液槽6的液态金属沿填充口填充至通孔中。当通孔中完全填充液态金属后，逐渐升高密封腔6内的压强，升高的压强必须小于外界大气压。升高压强后，上填充板1、陶瓷基片2和下填充板3内部的气压与外界大气压的差值减少，使液态金属从填充口断开。断开后对陶瓷基片2进行冷却，得到单层陶瓷基片。
在通孔充满金属的单层陶瓷基片上通过溅射，电镀的方式沉积金属，并刻蚀出需要的电路图形，同时在其表面涂覆光刻胶11，并将通孔表面及其周围的光刻胶11曝光后再去除。
曝光完毕后，将多层已经制作有电路图的单层陶瓷基片叠放压紧，且所有单层陶瓷基片的通孔在竖直方向上对位，并在最下层的单层陶瓷基片上叠加无通孔的陶瓷基片，固定后加热至金属熔点，使每层的单层陶瓷基片上通孔内的金属熔化后连接，冷却至常温。
在实施例1中，通孔需要与填充口在竖直方向对应，液态金属沿填充口进入通孔。由于填充口的尺寸小于通孔，因此可以在通孔下设置多个填充口，这样可以减少误差，避免填充口与通孔之间的对接出现误差。设置多个填充口时，至少需要将一个填充口对准通孔。
实施例2
制作三层陶瓷基片微波电路
在第一层陶瓷基片8和第二层陶瓷基片9上开设对应的通孔，并使用上填充板1和下填充板3将两个陶瓷基片2的通孔充满金属。在第一层陶瓷基片8和第三层陶瓷基片10上制作电路图，然后涂覆光刻胶11，并将通孔处的光刻胶11去除，然后将三个陶瓷基片叠加加热至金属熔化，使三层的陶瓷基片通孔连接，从而实现第一层和第三层之间的电连接。
实施例3
上述实施例1中提供了多层微波电路的制作方法，其中需要将金属液槽6内的液态金属压入陶瓷基片2的通孔中。在本发明中，通孔和填充口可以为圆柱状，其中填充口可以为梯形状。在液态金属上升进入通孔时，陶瓷基片2内部与外界大气压的压强差大于两倍液态金属的表面张力系数与填充孔半径之比.在通孔填充完毕时，陶瓷基片2内部与外界大气压的压强差小于液态金属的表面张力系数与填充孔半径之比。
Claims (7)
1.一种利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，包括以下步骤：
单层陶瓷基片通孔的制作：在陶瓷基片上制作通孔，通孔大小为50~1000um；
单层陶瓷基片通孔的填充：由上至下依次叠放上填充板、陶瓷基片和下填充板，下填充板上设有与通孔垂直对应的填充口，填充口与通孔的半径之比为0~0.5:1；所述上填充板和陶瓷基片之间具有间隙一，陶瓷基片与下填充板之间具有间隙二；将下填充板的下表面与金属液槽接触，让上填充板、陶瓷基片和下填充板内部的气压小于外界大气压，使内部形成向上的引力，金属液槽的液态金属沿填充口填充至通孔中，当通孔中完全填充液态金属后，逐渐升高上填充板、陶瓷基片和下填充板内部的气压，使液态金属从填充口断开；冷却，取出单层陶瓷基片；
电路图的制作：在通孔充满金属的单层陶瓷基片上制作电路图，同时在其表面涂覆光刻胶，并将通孔表面及其周围的光刻胶曝光并去除；
多层微波电路的制作：将若干层已经制作有电路图的单层陶瓷基片叠放压紧，且所有单层陶瓷基片的通孔在竖直方向上对位，并在最下层的单层陶瓷基片上叠加无通孔的陶瓷基片，固定后加热至金属熔点，使每层的单层陶瓷基片上通孔内的金属熔化后连接，冷却至常温。
2.如权利要求1所述的利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，其特征在于：使用激光或者机械加工的方式在陶瓷基片上制作通孔。
3.如权利要求1所述的利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，其特征在于：所述间隙一和间隙二的高度为1~20mm。
4.如权利要求1所述的利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，其特征在于：所述通孔至少垂直对应一个填充口。
5.如权利要求1所述的利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，其特征在于： 在液态金属上升进入通孔时，陶瓷基片内部与外界大气压的压强差大于两倍液态金属的表面张力系数与填充孔半径之比。
6.如权利要求1所述的利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，其特征在于：在通孔填充完毕时，陶瓷基片内部与外界大气压的压强差小于液态金属的表面张力系数与填充孔半径之比。
7.如权利要求1所述的利用陶瓷基片制作多层微波电路的方法，其特征在于：所述光刻胶的厚度为1~10mm。
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