CN107863300B

CN107863300B - 一种ltcc基板双面空腔制作方法

Info

Publication number: CN107863300B
Application number: CN201711069032.7A
Authority: CN
Inventors: 高亮; 何中伟; 贺彪; 展丙章
Original assignee: North Electronic Research Institute Anhui Co., Ltd.
Current assignee: Anhui North Microelectronics Research Institute Group Co ltd
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2037-11-03
Also published as: CN107863300A

Abstract

本发明公开了一种LTCC基板双面空腔制作方法，制作道康宁硅胶塞和生瓷坯填充塞；将各个道康宁硅胶塞和生瓷坯填充塞分别使用聚乙烯膜包裹；在制作LTCC基板的叠片工序时，在叠片形成的各个空腔中放入对应的道康宁硅胶塞和生瓷坯填充塞，层压后再拽拉出各个生瓷坯填充塞和道康宁硅胶塞。本发明的方法解决了复杂的LTCC基板双面空腔加工的问题，节约成本，工艺简单，易加工。

Description

一种LTCC基板双面空腔制作方法

技术领域

本发明涉及一种LTCC基板双面空腔制作方法。

背景技术

带空腔的多层互连LTCC基板是3D-MCM（三维多芯片组件）、SIP（系统级封装）、MEMS（微机电系统）器件、T/R（发射/接收）组件等高性能高密度集成产品的重要构件，它不但使产品的组装封装密度更高，也使产品功能更多、传输速度更快、功耗更低、性能及可靠性更好，应用领域广泛。LTCC基板的层数越多、空腔种类越多，则用之于三维高密度集成的自由度越大，应用前景更好。

LTCC台阶空腔的一大应用是用来做芯片粘片键合，广泛应用于高频电路设计中。为了减小或降低芯片键合时，金丝过长带来的附加寄生效应影响LTCC电路的性能，需要在LTCC基板中设计空腔，设计空腔的目的是实现芯片与金丝键合面等高，从而减小金丝的长度，降低金丝的弧度。有时候为了防止芯片之间出现串扰，需要将敏感芯片组装在LTCC基板的一面，大功率的芯片组装在LTCC基板的另一面，这就需要在LTCC基板的正反面都需要加工出空腔，大大增加了LTCC基板制作的难度。

现有的LTCC基板单面空腔加工方法主要有两种。第一种是使用金属模具制作胶模，然后在LTCC生瓷坯层压时，将胶模填充在空腔内一起层压限制空腔变形，层压后取出。该方法可以制作LTCC基板正面空腔，使用该方法制作背面空腔时存在以下问题：

1)为了约束胶模在层压时膨胀，当空腔位于LTCC基板正面时，需要制作与空腔位置尺寸一致的不锈钢盖板用来约束层压时的膨胀；当空腔位于LTCC基板背面时，则需要在叠片台上开出与空腔位置尺寸一致的空洞用来约束胶模层压时在X/Y方向的膨胀。这种加工工艺复杂，针对不同空腔设计，需要制作带不同空腔的叠片台，成本高昂；

2)对于双面空腔的LTCC基板，由于基板正面、背面空腔在位置、深度、大小等各方面不可能完全对称，以及胶模与LTCC生瓷材料、金属叠片台的力学性能不可能完全相同性，当采用这种空腔塞层压时其对基板中部悬空的空腔底部的压力传递就不可能在厚度方向上对等（抵消），势必在层压后造成空腔底板出现形变而不平整，残余应力较大，在共烧后形变还会更进一步扩大，导致空腔底板不平整。

另一种LTCC基板单面空腔加工方法是使用牺牲性材料（主要成分为碳粉），将牺牲性生瓷层压后裁减成与空腔相对应的的空腔塞子，LTCC基板叠片时将空腔塞子塞在空腔内一起层压限制空腔变形，空腔塞子在LTCC基板共烧时挥发。该方法可以制作LTCC基板正面空腔，使用该方法制作背面空腔时存在以下问题：

1)牺牲层材料位于LTCC基板背面空腔中，在共烧过程中牺牲层材料挥发的气体会导致LTCC基板空腔底部向上凸起；

2) 牺牲层材料不能与空气充分接触，导致其烧结不完全，会遗留一部分残渣，影响后续加工的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LTCC基板双面空腔制作方法，解决了复杂的LTCC基板双面空腔加工问题，节约成本，工艺简单，易加工。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，包括以下步骤：

1)制作道康宁硅胶塞和生瓷坯填充塞；

2)将各个道康宁硅胶塞和生瓷坯填充塞分别使用聚乙烯膜包裹，并在封口表面处留出端头；

3)在制作LTCC基板的叠片工序时，先叠加完背面的各个具有空腔的生瓷层，并在各个空腔中放入对应的生瓷坯填充塞，并使生瓷坯填充塞的封口表面朝下露出端头；再叠加上中部的悬空空腔底板层生瓷层，最后叠加上正面的各个具有空腔的生瓷层，并在各个空腔中放入对应的道康宁硅胶塞，并使道康宁硅胶塞的封口表面朝上露出端头；

4)采用塑料袋真空包封由叠片台、背面空腔填充塞、LTCC基板生瓷层、正面空腔填充塞、叠片盖板构成的产品与工装组件；

5)按照制作LTCC基板层压工艺规程，完成双面空腔的等静压层压，层压后将产品与工装组件解包，从聚乙烯膜端头拽拉出各个生瓷坯填充塞和道康宁硅胶塞；

6) 按照制作LTCC基板工艺对切割完成的单元电路进行烧结。

烧结时在LTCC基板背面空腔内垫入垫片再进行烧结。

选用与制造LTCC基板相同型号的LTCC生瓷带作为生瓷坯填充塞的制作材料。

生瓷坯填充塞的制作步骤：

按照LTCC加工工艺规程，将与LTCC基板背面空腔生瓷层相同层数的LTCC生瓷片叠片、层压为密实的生瓷板料；

采用LTCC切片工艺，将生瓷板料热切为长、宽尺寸比共烧前LTCC基板背面空腔小0.05mm～0.1mm的生瓷坯块作为生瓷坯填充塞。

采用LTCC基板加工过程中产生的废料生瓷带作为制作生瓷坯填充塞的材料。

无封口的其他面的聚乙烯膜保持平滑。

所述垫片由多孔氧化铝材料制作。

本发明所达到的有益效果：

本发明对LTCC基板双面空腔制作采用两种不同的工艺方法：LTCC基板正面空腔填充塞采用道康宁硅胶制作，层压工艺加工时，使用叠片盖板进行X/Y方向膨胀约束；LTCC基板背面空腔填充塞采用与制作LTCC基板相同的材料—LTCC生瓷带来制作空腔填充塞，层压工艺加工时，不需要工装进行约束；解决了复杂的LTCC基板双面空腔加工可行性。

生瓷材料空腔塞子可以先将生瓷按设计层数层压，再使用热切机切割出设计尺寸，工艺简单，易加工。为防止空腔塞子与LTCC生瓷坯粘连，两种空腔塞子均使用聚乙烯（PE）膜包裹；生瓷材料空腔塞子可以使用废弃生瓷制作并重复使用，节约成本。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

相对于LTCC基板单面空腔，带有LTCC基板的双面空腔加工难度要大得多，必须对其加工流程进行系统性的设计，本发明的方法主要包括以下步骤：

1)按照常规方法制作道康宁硅胶塞；

2)选用与制造LTCC基板相同型号的LTCC生瓷带（优先采用基板加工过程中积存的废料生瓷带），作为制作LTCC基板背面空腔填充塞的材料；

3)遵照LTCC加工工艺规程，将与LTCC基板中空腔层生瓷相同层数的废料LTCC生瓷片叠片、层压为密实的生瓷板料；

4) 采用LTCC切片工艺，将LTCC生瓷板料热切为长、宽尺寸比共烧前空腔小约0.05mm～0.1mm的生瓷坯块；

5) 将加工完成的道康宁硅胶塞与生瓷坯填充塞分别使用极薄的透明保鲜膜包裹，在封口表面处留出基本对称、合口的保鲜膜端头，无封口的一面即与空腔底部生瓷接触，该面保鲜膜应平滑无皱褶；

6) 在叠片工序，先叠完背面的各个具有空腔的生瓷层并在各个空腔中放入对应的生瓷坯填充塞，并使生瓷坯填充塞的封口表面朝下露出端头；再叠加上中部的悬空空腔底板层生瓷层，最后叠加上正面的各个具有空腔的生瓷层并在各空腔放入对应的道康宁硅胶塞，并使道康宁硅胶塞的封口表面朝上露出端头；

7)塑料袋真空包封由“叠片台-背面空腔填充塞-LTCC基板生瓷层-正面空腔填充塞-叠片盖板”构成的“产品与工装组件”；

8)遵照LTCC层压工艺规程，完成双面空腔的等静压层压，层压后将“产品与工装组件”解包时从保鲜膜端头（边缘）拽拉出各个生瓷坯填充塞和道康宁硅胶塞；

9)将切割完成的单元电路进行烧结，烧结时LTCC基板背面空腔内垫入多孔氧化铝烧结垫片。为了防止共烧高温时中部悬空的空腔底板处于熔融状态而塌陷，用多孔氧化铝制作了空腔烧结垫片，在烧结过程中对空腔底部进行支撑，防止烧结时空腔底部塌陷。

本发明对LTCC基板双面空腔制作采用两种不同的工艺方法：LTCC基板正面空腔填充塞采用道康宁硅胶制作，层压工艺加工时，使用叠片盖板进行X/Y方向膨胀约束； LTCC基板背面空腔填充塞采用与制作LTCC基板相同的材料—LTCC生瓷带来制作空腔填充塞，层压工艺加工时，不需要工装进行约束。

为防止空腔塞子与LTCC生瓷坯粘连，两种空腔塞子均使用保鲜膜即聚乙烯（PE）膜包裹。

本发明LTCC基板双面空腔制作采用两种不同的空腔填充塞：1）LTCC基板正面空腔填充塞采用道康宁硅胶制作；2）LTCC基板背面空腔填充塞采用与制作LTCC基板相同的材料—LTCC生瓷带来制作空腔填充塞，可以使层压时压力传递均匀而不导致空腔底板出现形变和不对称的应力残留。LTCC基板双面空腔层压成型后，为了防止共烧高温时中部悬空的空腔底板处于熔融状态而塌陷，用多孔氧化铝制作了空腔烧结垫片，在烧结过程中对空腔底部进行支撑，防止烧结时空腔底部塌陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，包括以下步骤：

1)制作道康宁硅胶塞和生瓷坯填充塞；

4)采用塑料袋真空包封由叠片台、生瓷坯填充塞、LTCC基板生瓷层、道康宁硅胶塞、叠片盖板构成的产品与工装组件；

6) 按照制作LTCC基板工艺对切割完成的单元电路进行烧结。

2.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，步骤6)中烧结时在LTCC基板背面空腔内垫入垫片再进行烧结。

3.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，选用与制造LTCC基板相同型号的LTCC生瓷带作为生瓷坯填充塞的制作材料。

4.根据权利要求1或3所述的一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，生瓷坯填充塞的制作步骤：

5.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，采用LTCC基板加工过程中产生的废料生瓷带作为制作生瓷坯填充塞的材料。

6.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，无封口的其他面的聚乙烯膜保持平滑。

7.根据权利要求2所述的一种LTCC基板双面空腔制作方法，其特征是，所述垫片由多孔氧化铝材料制作。