CN108054490B - 一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，主要解决柔性多层基板弯曲后，其组装器件可靠性低的难题，其包括可任意弯曲变形的柔性基材主体，位于柔性基材主体上隔离出至少一个独岛区，每个独岛区都通过微观弹簧结构保持悬浮于柔性基材主体上预留的开口部位中，环绕着独岛部的外圈形成一圈为柔性基材弯曲变形时提供材料变形所需富余空间的绝缘的空气挤压带。本发明可以将多层柔性基板作为载体，实现多芯片、多系统集成，并实现柔性基板系统级封装可共形应用。

Description

一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构
技术领域
本发明属于高密度组装领域，特别涉及一种用于可共形的多层柔性基板实现器件低应力组装的局部微弹簧结构。
技术背景
共形阵天线是新世纪相控阵雷达发展的一个重要方向，将平面式改为共形的方式，将天线共形到飞机表面，不但不会影响飞机的动力学特性而且还会降低RCS，扩大扫描空域，对提高雷达的探测性具有较大的助益，特别是会显著提高飞行物抵达或追踪预设目标的能力。
因此，利用柔性基板弯曲可共形的优势，将其作为器件的载体，将功能器件分别集成到每一层柔性基板上，然后将多层具有电路功能的柔性基板进行堆叠，形成系统级封装模块。
虽然基板是柔性可弯曲的，但是每一层的器件，无论是封装器件、裸芯片或者无源器件，还是形成电气互连的封装材料都不是柔性的，因此弯曲共形后必然会导致贴装器件存在应力集中的现象，这也就是利用多层柔性基板进行系统级封装，弯曲共形后组装可靠性的问题，成为的当前一个难点。
发明内容
本发明针对柔性基板弯曲共形后组装器件应力集中导致的可靠性降低的问题，提出了一种可共形的多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，其实现了微应力的柔性组装效果，可以完美的贴合物体轮廓进行配装。
本发明所采取的技术方案为：
一种可共形的多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，包括柔性基板、微弹簧结构和组装器件，进行器件组装的多层柔性基板共形弯曲后，应力集中明显的组装区域通过制作微弹簧结构从而降低弯曲应力，实现刚性器件可共形弯曲低应力组装的目的。
提供了一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构,其包括可任意弯曲变形的柔性基材主体，位于柔性基材主体上隔离出至少一个独岛区，每个独岛区都通过微观弹簧结构保持悬浮于柔性基材主体上预留的开口部位中，环绕着独岛部的外圈形成一圈为柔性基材弯曲变形时提供材料变形所需富余空间的绝缘的空气挤压带。
进一步的，所述的微观弹簧结构为沿着独岛区的外圈剔除掉预设的柔性基材主体所形成的微观弹簧。
进一步的，位于独岛区上结合有器件单元。
进一步的，所述的柔性基材主体的个数为多个，各个柔性基材主体之间实现电气互连。
进一步的，所述的多个柔性基材主体通过多层堆叠构成三维立体状或者所述的多个柔性基材主体层压成多层基板或者多个柔性基材主体互连形成柔性面。
进一步的，所述的微弹簧的结构形状为线形、板形、螺旋形、不规则异形弹簧结构。
进一步的，位于所述的空气带中填补有填充剂，填充剂淹没所述的微观弹簧结构。
进一步的，位于所述的微观弹簧结构的表面上附着有至少一根金属线条，所述的器件单元通过金属线条与柔性基材主体实现电气互连。
本发明的实质性特点和显著的有益效果如下：
（1）通过对柔性基板进行加工以构造出微弹簧结构及其独岛区域，因此可以直接实现与其它层级层层压互连，热匹配性较好。
（2）该微弹簧结构可以通过设计弹簧的形状、长度和密度，实现弯曲共形后弹簧最大的吸收形变的能力，可同时获得较高的连接强度。
（3）该微弹簧结构，可以根据器件贴片的实际需求，存在于基板的表面，或者多层基板的内部，可以根据不同的共形形状，在同一层的基板内部实现多个区域的微弹簧结构。
（4）该微弹簧结构，支持多层柔性基板弯曲共形，同时不降低关键区域器件组装的可靠性。
（5）使用微弹簧的形式实现与外围的电气互连并吸收应力，组装区域可以任意扩展成为二维或三维形状，突破了以往的共形技术中的技术屏障，实现了。
（6）通过微弹簧上种植金属线条与外围电路实现互连，通过设计线条的形状、密度和宽度，实现不同频率的要求，可以获得较高的弹性和较强的结构强度，且电气互连金属线条周围可进行局部填充，提高结构强度，以将各个微器件实现电气互连并获得了柔性组织结构。
（7）可以将微器件整面贴装或倒装等任何组装形式，实现器件与微弹簧组装区域的互连，微器件与微弹簧的组合体可以处于基板表面或埋置在基板内部。
附图说明
图1为本发明的多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构示意图。
图2为多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结俯视示意图。
器件单元1；微观弹簧结构2；外环区3；覆铜层4；独岛区5。
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明进行详细说明。
实施例1，如图1 所示，一种可共形的多层柔性基板局部微弹簧组装结构，包括器件单元、微弹簧结构2、柔性基材主体以及柔性基板背面的覆铜层4，其中柔性基材主体和覆铜层4共同组成电气功能柔性基板，因此在功能柔性基材主体上形成了三个区域，分别是外环区3、微弹簧结构以及独岛区5，位于柔性基材主体上隔离出至少一个独岛区（5），每个独岛区都通过微观弹簧结构（2）保持悬浮于柔性基材主体上预留的开口部位中，所述的微观弹簧结构为沿着独岛区的外圈剔除掉预设的柔性基材主体所形成的微观弹簧，位于独岛区外周的为柔性基材主体的独岛区5，环绕着独岛部的外圈形成一圈为柔性基材弯曲变形时提供材料变形所需富余空间的绝缘的空气挤压带，位于独岛区上结合有器件单元（1），位于所述的微观弹簧结构的表面上附着有至少一根金属线条，所述的器件单元通过金属线条与柔性基材主体实现电气互连，柔性基材主体上都预留有用于与外部器件实现信号反馈的接口。
所述的柔性基材主体的个数为多个，各个柔性基材主体之间实现电气互连，多个柔性基材主体通过多层堆叠构成三维立体状或者所述的多个柔性基材主体层压成多层基板或者多个柔性基材主体互连形成柔性面，成型后进行封装形成系统级组件。
所述的微弹簧的结构形状为线形、板形、螺旋形、不规则异形弹簧结构。
根据需求，可想所述的空气带中填补有填充剂，填充剂淹没所述的微观弹簧结构，以保持其结构强度。
实施例2，相同的，根据实施例1所述，微弹簧结构位于基材内部，与微弹簧相同区域的上下层或上下多层柔性基板的该区域为空腔结构，上下空腔结构层的厚度由微弹簧结构上组装芯片的厚度决定。
以下对本发明的制备工艺进行说明：
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
以下两个实例，包含了两种不同的微弹簧结构。
实例1，具体包含以下步骤：器件单元1；微观弹簧结构2；外环区3；覆铜层4；独岛区5；
（1）选取单面覆铜的柔性基材主体作为柔性基材主体材料；
（2）将步骤（1）的柔性基材主体用50℃～70℃的清洗液超声清洗5min～10min后，水洗，再用5%～10%的稀盐酸超声清洗0.5min～1.5min后，水洗；
（3）将步骤（2）处理后的柔性基材主体覆铜面电镀金、水洗，用异丙醇浸泡清洗5min～10min，用氮气吹干。之后置于200℃～250℃的热板上压盖玻璃板烘烤60min～120min；
（4）将步骤（3）的柔性基材主体，镀金面朝下真空吸附至多孔平台上，采用激光螺旋雕刻方式烧蚀去除LCP层，留下覆铜层，激光功率为0.2～0.5W，加工遍数为15～30遍；
（5）将步骤（4）的柔性基材主体重复步骤（2）；
（6）在步骤（5）处理过的柔性基材主体电镀金面旋涂光刻胶，并置于100℃～150℃热板上烘烤2min～5min，压盖玻璃板并在其上压盖压块，加热烘烤10min～15min。将基板从热板上移开并冷却至室温后，再次将其置于100℃～150℃热板上，压盖压块加热烘烤10min～15min；
（7）将步骤（6）处理过的柔性基材主体进行等离子处理，用光刻胶覆盖微弹簧图形中需要电镀加厚的线条图形以外的部位，之后对线条图形进行镀金加厚，再进行去胶处理；
（8）在步骤（7）处理后的柔性基材主体上，用光刻胶将微弹簧图形和独岛区图形的所有线条部位覆盖，之后对微弹簧图形以外部位进行湿法刻蚀，再进行去胶处理，得到微弹簧结构；
实例2，具体包含以下步骤：
（1）选取单面无覆铜的柔性基材主体作为基板材料；
（2）根据微弹簧的结构，采用激光螺旋雕刻方式烧蚀去除微弹簧周围多余的基板材料；
（3）将步骤（2）的柔性基材主体用50℃～70℃清洗液超声清洗5min～10min后，水洗，用氮气吹干，之后置于200℃～250℃的热板上压盖玻璃板烘烤60min～120min；
（4）将步骤（3）处理后的柔性基材主体送入等离子干法刻蚀机中，用四氟化碳和氧气处理基板无铜面2min～5min；
（5）将步骤（4）处理后的柔性基材主体送入磁控溅射台中，在无铜面上溅射钛钨—金膜层；
（6）根据金层的要求，将步骤（5）处理后的柔性基材主体进行电镀，最终形成微弹簧结构。

Claims (6)

1.一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构,其特征在于：包括可任意弯曲变形的柔性基材主体，位于柔性基材主体上隔离出至少一个独岛区(5)，每个独岛区都通过微观弹簧结构(2)保持悬浮于柔性基材主体上预留的开口部位中，环绕着独岛部的外圈形成一圈为柔性基材弯曲变形时提供材料变形所需富余空间的绝缘的空气挤压带；
位于所述的空气带中填补有填充剂，填充剂淹没所述的微观弹簧结构，所述的微弹簧的结构形状为线形、板形、螺旋形、不规则异形弹簧结构，
所述的微观弹簧结构为沿着独岛区的外圈剔除掉预设的柔性基材主体所形成的微观弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，其特征在于：位于独岛区上结合有器件单元(1)。
3.根据权利要求2所述的一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，其特征在于：所述的柔性基材主体的个数为多个，各个柔性基材主体之间实现电气互连。
4.根据权利要求3所述的一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，其特征在于：所述的多个柔性基材主体通过多层堆叠构成三维立体状或者所述的多个柔性基材主体层压成多层基板或者多个柔性基材主体互连形成柔性面。
5.根据权利要求3所述的一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，其特征在于：位于所述的微观弹簧结构的表面上附着有至少一根金属线条，所述的器件单元通过金属线条与柔性基材主体实现电气互连。
6.根据权利要求3所述的一种多层柔性基板局部微弹簧低应力组装结构，其特征在于：位于柔性基材主体的背面覆盖有覆铜层(4)。
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