CN106876267A - 一种ltcc基板组件及其共晶烧结工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LTCC基板组件及其共晶烧结工艺方法，LTCC基板组件包括LTCC基板(2)、0.08mm厚预成型银锡焊片(3)、毛纽扣安装孔(即CNA8高温保护阻焊胶涂覆位置)(4)、LTCC基板结构件(5)，LTCC基板组件放入至弹性定位工装(1)中构成产品件。本发明适合多尺寸的专用弹力工装，可将基板空洞率由80％以下提高到90％以上；设计毛纽扣安装孔的保护工艺，实现对不同连接器安装孔的焊接过程的精确保护，不会对后续连接器进行安装产生影响。同时采用银锡焊片作为焊接材料，可实现焊料量的高精度控制，提高产品的一致性。

Description

一种LTCC基板组件及其共晶烧结工艺方法
技术领域
本发明涉及一种基于多空腔的LTCC基板组件低空洞共晶烧结工艺方法，属于微电子组装中钎焊工艺技术。
背景技术
受天线接口结构形式限制，瓦片组件与外部信号传输需要进行多通道信号传输，这需要一片LTCC基板具有多连接器的连接方式，以实现多通道的收发信号处理。通常采用毛纽扣作为信号传输的连接器，因毛纽扣的存在，需要排除焊料、空气的不同介质对传输性能的影响，LTCC基板与铝硅材料冷板之间焊接时需对毛纽扣安装孔进行有效保护，防止焊料材料及杂质对毛纽扣安装位置及尺寸产生影响。微波组件的工作频率较高，整体性能受散热及接地影响较大，固LTCC基板与相应铝硅材料冷板之间要求低空洞连接，确保接地及散热良好。
本发明所涉及的微波组件的尺寸更小、集成度更高，对基板焊接的空洞率提出了更高的要求。传统的LTCC基板与铝硅材料冷板之间采用导电胶粘接或者回流焊接处理。导电胶粘接虽然可以精确控制LTCC基板与载体冷板之间的胶量及形态，降低对连接器安装孔的影响，但导电胶粘接的电阻率大，导热系数小，造成微波损耗大、管芯热阻大、结温高，导致组件功率性能及可靠性等方面受到影响。
对LTCC基板与铝硅冷板之间进行回流焊接时，一般采用热风回流焊接或红外回流焊接进行，但受设备能力限制及焊膏的复杂成分影响，进行回流焊接时难以满足基板低于15％以下的空洞率要求，同时因毛纽扣尺寸较小，其放置位置的孔洞很难进行有效保护，是一直存在的工艺难题。
发明内容
发明的目的
针对现有工艺技术的不足出发，设计一种可达满足LTCC电路基板散热及接地要求的LTCC基板组件共晶烧结工艺方法，且不对连接器安装孔产生影响，同时可精确控制焊料量，提高产品一致性。
技术方案
如图1、图2所示，一种LTCC基板组件，涉及有弹性定位工装1及LTCC基板组件，LTCC基板组件包括LTCC基板2、成型银锡焊料片3、连接器的安装孔4及LTCC基板结构件5，LTCC基板结构件5含有多个连接器的安装孔4，LTCC基板2含有多个芯片安装槽，LTCC基板2、预成型银锡焊料片3共同装配至LTCC基板结构件5中，其中带有LTCC基板组件和弹性定位工装1的加工件为产品件。
一种LTCC基板组件共晶烧结工艺方法主要是通过采用合适尺寸的预成型银锡焊料片3作为焊接材料，并设计LTCC基板组件使用的弹性定位工装1以施加基板焊接过程的作用力及定位，对局部连接器的安装孔4设计高温阻焊保护工艺，最后通过设计LTCC基板组件银锡共晶烧结过程的工艺曲线，进行LTCC基板2与LTCC基板结构件5之间进行共晶烧结，实现无安装孔污染的LTCC基板2与LTCC基板结构件5之间的低空洞共晶烧结。
所述一种LTCC基板组件共晶烧结工艺方法实施过程如下：
步骤1：根据需要共晶烧结的LTCC基板结构件5的结构图纸，加工可对不同厚度共晶烧结产品提供固定压力、高精度定位，同时可以良好传热的弹性定位工装1，弹性定位工装1需在LTCC基板结构件5上连接器的安装孔4位置预留高温保护阻焊胶涂覆位置；
步骤2：按LTCC基板结构件5相同的尺寸加工出与弹性定位工装1所施加压力相匹配的一定厚度的预成型银锡焊料片3；
步骤3：将步骤1所述的弹性定位工装1进行超声清洗留作备用；
步骤4：清洗LTCC基板结构件5、预成型银锡焊料片3及LTCC基板2；
步骤5：依次将LTCC基板组件中LTCC基板结构件5、预成型银锡焊料片3和LTCC基板2放入弹性定位工装中；
步骤6：通过弹性定位工装1底部的预留位置，对LTCC基板结构件5上连接器的安装孔4涂覆耐高温保护阻焊胶；
步骤7：将步骤6所述的产品件放入烘箱中，进行100℃±5℃、30分钟左右烘干处理；
步骤8：将步骤7所述的产品件放入共晶烧结炉中，确保弹性定位工装1底部与共晶炉内部加热板充分接触；
步骤9：设置共晶烧结工艺曲线，实现步骤8所述产品件在一定焊接温度、真空度和工艺气体条件下的真空烧结；
步骤10：共晶烧结程序运行完毕后，待产品件温度降至60℃以下后，取出已完成共晶烧结的产品件。
步骤9所述的设置共晶烧结工艺曲线方法具体过程如下：
1)程序最先对共晶炉腔室进行抽真空、充氮气、再抽真空再充氮气的步骤，充分清除腔室内的杂质气体和水氧气，充分净化共晶炉内部焊接氛围；
2)通过设置升温时间来控制石英灯管加热速率，将LTCC基板组件焊接温度以2℃/s升温至190℃，并在此温度保温3min，并在此阶段通入甲酸还原气体，进行焊料及焊接部位的氧化物的充分还原；
3)通过抽真空除去上阶段还原后的杂质气体，并通入纯净的氮气保护气体，起到保护和传热介质的作用；
4)以3℃/S的速度迅速将温度升至250℃，并进行90s的保温过程，同时在此过程进行抽真空处理，确保焊接氛围良好；
5)焊接面在进行250℃充分保温后进行流量大约为6slm/min速率的充氮气的处理，对焊接组件进行快速降温至180℃以下，防止老化；
6)改变氮气速率，进行慢速降温至80℃，完成焊接。
步骤6所述的LTCC基板结构件5上连接器为毛纽扣。
发明创造的优点和用途
首创性的开展基于银锡焊片的特殊形态的LTCC基板组件的共晶烧结工艺，通过优化升降温速率、氮气速率等共晶烧结曲线参数，并设计适合多尺寸的专用弹力工装，可将传统回流焊接的基板空洞率由80％以下提高到90％以上；设计毛纽扣安装孔的保护工艺，实现对不同连接器安装孔的焊接过程的精确保护，不会对后续连接器进行安装产生影响；根据不同施压面积设计的弹性工装，可实现对不同尺寸LTCC基板焊接时进行相同单位面积的压力施加，实现对多尺寸的带有连接器孔的LTCC基板进行良好焊接；同时采用银锡焊片作为焊接材料，可实现焊料量的高精度控制，提高产品的一致性。一种LTCC基板组件共晶烧结工艺方法可广泛应用于含有多连接器安装孔的基板大面积低空洞接地焊接领域。
附图说明
图1为LTCC基板组件共晶烧结部位剖面放大图
图2为LTCC基板结构件底部图
具体实施方式
一种LTCC基板组件的共晶烧结工艺方法具体实施过程如下：
步骤1：如图1、2所示，根据需要共晶烧结的LTCC基板结构件5的结构图纸，加工可对不同厚度共晶烧结产品提供0.02g/mm2固定压力、0.1mm定位精度，同时可以良好传热的弹性定位工装1，弹性定位工装1需在LTCC基板结构件5上连接器的安装孔位置预留高温保护阻焊胶涂覆位置；
步骤2：按LTCC基板结构件5相同的尺寸加工出与弹性定位工装1所施加压力相匹配的厚度为0.08mm的预成型银锡焊料片；
步骤3：将步骤1所述的弹性定位工装1进行超声清洗留作备用；
步骤4：清洗LTCC基板结构件5、预成型银锡焊料片及LTCC基板；
步骤5：按照图1所示，依次将LTCC基板结构件5、预成型银锡焊料片和LTCC基板放入弹性定位工装1中，其中LTCC基板结构件5、预成型银锡焊料片和LTCC基板构成一个整体，称为LTCC基板组件，带有LTCC基板组件和弹性定位工装1的加工件称为产品件；
步骤6：通过弹性定位工装1底部的预留位置，对LTCC基板结构件5上连接器的安装孔涂覆CNA8型耐高温保护阻焊胶；
步骤7：将步骤6所述的产品件放入烘箱中，进行100℃±5℃、30分钟左右烘干处理；
步骤8：将步骤7所述的产品件放入共晶烧结炉中，确保弹性定位工装1底部与共晶炉内部加热板充分接触；
步骤9：设置共晶烧结曲线，实现步骤8所述产品件在一定焊接温度、真空度和工艺气体条件下的真空烧结；
步骤10：共晶烧结程序运行完毕后，待产品件温度降至60℃以下后，取出已完成共晶烧结的产品件。

Claims (4)

1.一种LTCC基板组件，其特征在于，包括LTCC基板结构件(5)、预成型银锡焊料片(3)和LTCC基板(2)，其中LTCC基板结构件(5)含有多个连接器的安装孔(4)，LTCC基板(2)含有多个芯片安装槽，LTCC基板(2)、预成型银锡焊料片(3)共同装配至LTCC基板结构件(5)中。
2.一种LTCC基板组件的共晶烧结工艺方法，其特征在于：具体实施过程如下：
步骤1：根据需要共晶烧结的LTCC基板结构件(5)的结构图纸，加工出可对不同厚度共晶烧结产品提供固定压力、高精度定位，同时可以良好传热的弹性定位工装(1)，弹性定位工装(1)需在LTCC基板结构件(5)上连接器的安装孔(4)位置预留高温保护阻焊胶涂覆位置；
步骤2：按LTCC基板结构件(5)相同的尺寸加工出厚度与弹性定位工装(1)压力匹配的预成型银锡焊料片(3)；
步骤3：将步骤1所述的弹性定位工装(1)进行超声清洗留作备用；
步骤4：清洗LTCC基板结构件(5)、预成型银锡焊料片(3)及LTCC基板(2)；
步骤5：依次将LTCC基板组件中LTCC基板结构件(5)、预成型银锡焊料片(3)和LTCC基板(2)放入弹性定位工装(1)中，构成产品件；
步骤6：通过弹性定位工装(1)底部的预留位置，对LTCC基板结构件(5)上连接器的安装孔涂覆耐高温保护阻焊胶；
步骤7：将步骤6所述的产品件放入烘箱中，进行100℃±5℃、30分钟左右烘干处理；
步骤8：将步骤7所述的产品件放入共晶烧结炉中，确保弹性定位工装(1)底部与共晶炉内部加热板充分接触；
步骤9：设置共晶烧结工艺曲线，实现步骤8所述产品件在一定焊接温度、真空度和工艺气体条件下的真空烧结；
步骤10：共晶烧结程序运行完毕后，待产品件温度降至60℃以下后，取出已完成共晶烧结的产品件。
3.如权利要求2所述的共晶烧结工艺方法，其特征在于：步骤9所述的设置共晶烧结工艺曲线方法具体过程如下：
1)程序最先对共晶炉腔室进行抽真空、充氮气、再抽真空再充氮气的步骤，充分清除腔室内的杂质气体和水氧气，充分净化共晶炉内部焊接氛围；
2)通过设置升温时间来控制石英灯管加热速率，将组件焊接温度以2℃/s升温至190℃，并在此温度保温3min，并在此阶段通入甲酸还原气体，进行焊料片及焊接部位的氧化物的充分还原；
3)通过抽真空除去上阶段还原后的杂质气体，并通入纯净的氮气保护气体，起到保护和传热介质的作用；
4)以3℃/S的速度迅速将温度升至250℃，并进行约90s的保温过程，同时在此过程进行抽真空处理，确保焊接氛围良好；
5)焊接面在进行250℃充分保温后进行流量大约为6slm/min速率的充氮气的处理，对焊接组件进行快速降温至180℃以下，防止老化；
6)改变氮气速率，进行慢速降温至80℃左右，完成焊接。
4.如权利要求2所述的共晶烧结工艺方法，其特征在于：步骤6所述的LTCC基板结构件(5)上连接器为毛纽扣。
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