CN110277367A - 一种ltcc基板结构及其激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LTCC基板结构及其激光加工方法，本发明利用激光刻蚀形成通孔和盲孔，可以防止整体的热传导不均而产生的翘曲，以防止共烧时的不可靠；并且利用多个盲孔的侧面连接可以在减小厚度的基础上，实现电引出的灵活性，并且在边缘区域形成该多个盲孔，可以平衡收缩时的应力，以防止翘曲。

Description

一种LTCC基板结构及其激光加工方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术，属于H01L23/00分类号下，具体涉及一种LTCC基板结构及其激光加工方法。
背景技术
陶瓷材料具有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性。根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，配合使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数，增加了电路设计的灵活性；LTCC可以适应大电流及耐高温特性要求，并具备比普通PCB电路基板更优良的热传导性，极大地优化了电子设备的散热设计，可靠性高，可应用于恶劣环境，延长了其使用寿命；可以制作层数很高的电路基板，并可将多个无源元件埋入其中，免除了封装组件的成本，在层数很高的三维电路基板上，实现无源和有源的集成，有利于提高电路的组装密度，进一步减小体积和重量；与其他多层布线技术具有良好的兼容性，例如将LTCC与薄膜布线技术结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件；非连续式的生产工艺，便于成品制成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本。节能、节材、绿色、环保已经成为元件行业发展势不可挡的潮流，LTCC也正是迎合了这一发展需求，最大程度上降低了原料，废料和生产过程中带来的环境污染。
LTCC 存在许多涉及可靠性的难点，基板与布线共烧时的收缩率及热膨胀系数匹配问题即是其中的一个重要挑战，它关系到多层金属化布线的质量。此外，虽然LTCC 基板比传统的PCB 板在散热方面已经有了很大的改进，但由于集成度高、层数多、器件工作功率密度高，LTCC基板的散热仍是一个关键问题，成为影响系统工作稳定性的决定因素之一。
随着微电子技术的进步，器件工作能量密度越来越高，如何把热量及时有效地散发出去，保障LTCC的可靠性，防止其分层翘曲，是封装所面临的艰巨挑战。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种LTCC基板结构，包括多个堆叠的陶瓷片，其特征在于：多个所述陶瓷片的每一个具有相对的第一表面和第二表面、以及在所述第一表面和第二表面之间的多个侧面；在所述第一表面上设置有激光直写的第一电路图案、多个盲孔和多个通孔，其中，所述多个盲孔形成于所述陶瓷片的周边区域且环绕所述多个通孔，所述多个通孔形成于所述陶瓷片的中间区域且贯穿所述陶瓷片；多个所述陶瓷片之间通过所述多个通孔进行电互连，且所述多个通孔的一部分通过所述第一电路图案与所述多个盲孔的一部分进行电互连；并且，在所述多个侧面处形成有多个导电孔，所述多个导电孔直接接触且电连接于所述多个盲孔。
此外，本发明还提供了一种LTCC基板结构的激光加工方法，包括以下步骤；
1）提供多个陶瓷片，多个所述陶瓷片的每一个具有相对的第一表面和第二表面、以及在所述第一表面和第二表面之间的多个侧面；
（2）在多个所述陶瓷片的每一个的第一表面上激光刻蚀出第一凹陷和第二凹陷，并在所述第一凹陷和第二凹陷内填充导电物质，以形成多个盲孔和多个通孔；其中，所述多个盲孔形成于所述陶瓷片的周边区域且环绕所述多个通孔，所述多个通孔形成于所述陶瓷片的中间区域且贯穿所述陶瓷片；
（3）利用激光直写技术在所述第一表面上形成第一电路图案，使得所述多个通孔的一部分通过所述第一电路图案与所述多个盲孔的一部分进行电互连；
（4）将多个所述陶瓷片进行对准叠置，并进行压力下的烧结，形成LTCC结构，且使得多个所述陶瓷片之间通过所述多个通孔进行电互连；
（5）利用激光在所述多个侧面处刻蚀出多个孔，所述多个孔的底部露出所述多个盲孔，并在所述多个孔内填充导体，以在所述多个侧面处形成有多个导电孔，所述多个导电孔直接接触且电连接于所述多个盲孔。
本发明的优点如下：
利用激光刻蚀形成通孔和盲孔，可以防止整体的热传导不均而产生的翘曲，以防止共烧时的不可靠；并且利用多个盲孔的侧面连接可以在减小厚度的基础上，实现电引出的灵活性，并且在边缘区域形成该多个盲孔，可以平衡收缩时的应力，以防止翘曲。
附图说明
图1-2为本发明的单个陶瓷片的剖视图和俯视图；
图3-4为本发明的具有导电孔的单个陶瓷片的剖视图和俯视图；
图5为本发明的LTCC基板结构的剖视图；
图6为本发明的LTCC基板结构的侧视图。
具体实施方式
参见图1和2，其中图1为沿着图2的A1A2线的剖视图，本发明的LTCC基板结构是利用多个陶瓷片1堆叠而成，多个所述陶瓷片的每一个具有相对的第一表面和第二表面、以及在所述第一表面和第二表面之间的多个侧面；所述陶瓷片的材质可以选中本领域通常使用的材质，例如氧化铝、氮化铝等，通常选用散热性较好的陶瓷材料。
在多个所述陶瓷片1的每一个的第一表面上激光刻蚀出第一凹陷和第二凹陷，并在所述第一凹陷和第二凹陷内填充导电物质，以形成多个盲孔3和多个通孔2；其中，所述多个盲孔3形成于所述陶瓷片1的周边区域且环绕所述多个通孔2，所述多个通孔2形成于所述陶瓷片1的中间区域且贯穿所述陶瓷片1；该些盲孔3选用散热性较好的金属填充，优选为Cu，还可以为Pd、Sn或Au等。并且出于散热和防止翘曲的目的考虑，所述盲孔3的孔径大于所述通孔2的孔径。这是由于对于大面积的基板而言，翘曲往往发生于边缘区域，利用热膨胀系数较小的金属可以平衡该应力差，且可以提高边缘的散热效率。所述激光选择为飞秒激光，其可以实现通孔和盲孔侧面的均匀性和光滑性。并且，所述多个盲孔的孔径大于所述多个通孔的孔径。
利用激光直写技术（DLW）在所述第一表面上形成第一电路图案4，使得所述多个通孔2的一部分通过所述第一电路图案4与所述多个盲孔3的一部分进行电互连；其激光器的选择为氦氖激光器。
参见图3-4，其中图3为沿着图4的B1B2线的剖视图，利用激光在所述多个侧面处刻蚀出多个孔，所述多个孔的底部露出所述多个盲孔3，并在所述多个孔内填充导体，以在所述多个侧面处形成有多个导电孔5，所述多个导电孔5直接接触且电连接于所述多个盲孔3。在激光刻蚀出多个孔时，所述盲孔3充当阻挡层，所述多个孔可以部分延伸至所述多个盲孔3内，由于所述多个盲孔3的孔径较大，所述多个孔一般无法穿透所述多个盲孔3。
参见图5和6，将多个所述陶瓷片1进行对准叠置，并进行压力下的烧结，形成LTCC结构，且使得多个所述陶瓷片1之间通过所述多个通孔2进行电互连；在所述多个导电孔5上形成多个导电焊盘6，所述多个导电焊盘6与所述多个导电孔5电连接。如图6所示，所述多个导电焊盘6孤立的分布于所述多个侧面上。此外，为了电引出，在所述多个侧面上形成密封层（未示出），该密封层可以是环氧树脂、聚酰亚胺、硅树脂等聚合物材料，所述密封层同时密封所述LTCC基板结构的上面和下表面并在所述密封层上形成再分布层（未示出），所述再分布层电连接于所述多个导电焊盘6。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种LTCC基板结构，包括多个堆叠的陶瓷片，其特征在于：多个所述陶瓷片的每一个具有相对的第一表面和第二表面、以及在所述第一表面和第二表面之间的多个侧面；在所述第一表面上设置有激光直写的第一电路图案、多个盲孔和多个通孔，其中，所述多个盲孔形成于所述陶瓷片的周边区域且环绕所述多个通孔，所述多个通孔形成于所述陶瓷片的中间区域且贯穿所述陶瓷片；多个所述陶瓷片之间通过所述多个通孔进行电互连，且所述多个通孔的一部分通过所述第一电路图案与所述多个盲孔的一部分进行电互连；并且，在所述多个侧面处形成有多个导电孔，所述多个导电孔直接接触且电连接于所述多个盲孔。
2.根据权利要求1所述的LTCC基板结构，其特征在于：所述多个盲孔的孔径大于所述多个通孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的LTCC基板结构，其特征在于：所述多个盲孔填充的金属为Cu、Pd、Sn或Au等。
4.根据权利要求1所述的LTCC基板结构，其特征在于：还包括形成于所述多个侧面上的多个导电焊盘，所述多个导电焊盘与所述多个导电孔电连接。
5.一种LTCC基板结构的激光加工方法，包括以下步骤；
1)提供多个陶瓷片，多个所述陶瓷片的每一个具有相对的第一表面和第二表面、以及在所述第一表面和第二表面之间的多个侧面；
(2)在多个所述陶瓷片的每一个的第一表面上激光刻蚀出第一凹陷和第二凹陷，并在所述第一凹陷和第二凹陷内填充导电物质，以形成多个盲孔和多个通孔；其中，所述多个盲孔形成于所述陶瓷片的周边区域且环绕所述多个通孔，所述多个通孔形成于所述陶瓷片的中间区域且贯穿所述陶瓷片；
(3)利用激光直写技术在所述第一表面上形成第一电路图案，使得所述多个通孔的一部分通过所述第一电路图案与所述多个盲孔的一部分进行电互连；
(4)利用激光在所述多个侧面处刻蚀出多个孔，所述多个孔的底部露出所述多个盲孔，并在所述多个孔内填充导体，以在所述多个侧面处形成有多个导电孔，所述多个导电孔直接接触且电连接于所述多个盲孔。
(5)将多个所述陶瓷片进行对准叠置，并进行压力下的烧结，形成LTCC结构，且使得多个所述陶瓷片之间通过所述多个通孔进行电互连。
6.根据权利要求5所述的LTCC基板结构的激光加工方法，其特征在于：还包括步骤6)：在所述多个导电孔上形成多个导电焊盘，所述多个导电焊盘孤立的分布于所述多个侧面上。
7.根据权利要求5所述的LTCC基板结构的激光加工方法，其特征在于：还包括步骤7)在所述多个侧面上形成密封层，所述密封层同时密封所述LTCC基板结构的上面和下表面并在所述密封层上形成再分布层，所述再分布层电连接于所述多个导电焊盘。
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