CN111029326A

CN111029326A - 基于lcp工艺的凸点互连结构

Info

Publication number: CN111029326A
Application number: CN201811173665.7A
Authority: CN
Inventors: 刘维红; 康昕; 张博; 刘鹏程; 杨春艳; 吴昊谦; 谢玉洁; 王永健; 马绍壮; 欧阳旭阳
Original assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Xian University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2038-10-09
Also published as: CN111029326B

Abstract

本发明涉及电路板领域，具体涉及一种基于LCP工艺的凸点互连结构，包括：上LCP基板、下LCP基板、粘合层、焊盘、凸点；上LCP基板与下LCP基板之间由粘合层连接，上LCP基板、粘合层上开设有相贯通的通孔，通孔上位于上LCP基板、粘合层之间处的周部设置有焊盘，凸点设置在粘合层、下LCP基板之间，凸点与通孔电性连接；本发明在LCP基板上采用凸点互连结构实现从顶层对内埋器件及传输结构的DC供电，在降低多层LCP基板系统集成中射频布线的难度的同时，克服了现有LCP工艺中难以制作的盲孔技术难题，实现LCP多层电路中异面信号之间的互连，极大的增加了集成设计的灵活性，也极大地减小了对制作工艺的要求，同时验证了凸点互连结构在LCP基板上良好的电连接性。

Description

基于LCP工艺的凸点互连结构

技术领域

本发明涉及电路板领域，具体而言，涉及一种基于LCP工艺的凸点互连结构。

背景技术

目前，在体积很小的电子产品中，使用柔性电路连接不同电子单元或模块的制造技术已经具有很高的成熟度，柔性电子技术提供了印制板之间在弯曲状态下的可靠连接，对体积、厚度和重量要求苛刻的电子产品已经成为推动柔性电子技术发展的重要因素。由于柔性电子更容易与生物的皮肤、器官和组织的弯曲表面相匹配，因此在医疗、个人穿戴电子设备等领域有着广泛的应用。LCP(液晶聚合物)基板属于柔性基板，具有介电常数选择范围宽(2～10)、可选用低成本的PCB工艺、可形成复杂的多层结构等优势，使得LCP基板成为适合SIP(System In a Packaging)的高密度互联并且在小型化中有着很大优势。

近年来，基于LCP基板的微波/毫米波电路应用研究发展迅速，最重要的研究方向是系统级封装SIP技术的应用。SIP的重要技术特征之一是采用功能化的基板，在基板中埋入无源和有源器件，实现系统化的集成。

国内有涉及LCP基板的研究仍较少，但LCP在微波毫米波领域的优异性能已经引起了一些注意。上海大学中瑞联合微系统集成技术中心(SMIT)是国内较早涉及LCP研究的机构，SMIT与瑞典查尔姆斯理工大学对在LCP基板上集成SOP(Small Out-Line Package小外形封装)进行了研究并取得了一些成果。南京电子技术研究所研究了单层和多层LCP基板制作工艺及其在微波无源电路中的应用，制备得到3层LCP、2层粘接膜的多层结构，在LCP多层基板上设计制作微波无源器件。南京航空航天大学对LCP基板进行了集成波导漏波缝隙天线阵列和微波滤波器的集中研究，设计了基于LCP工作在Ka波段的双层半模基片集成波导8×8缝天线阵列和多Ka波段基片集成波导双层四腔滤波器。电子信息控制重点实验室研究了基于LCP柔性基板的柱面共形阵列天线设计，设计了一个工作于35GHz的2×2的四单元矩形贴片阵列，并将四单元阵列共形于半径为100mm的圆柱上，得到了共形贴片阵列。

以上所提到的工艺要求无法满足，主要原因是LCP工艺印制板制作工艺中，其中的最小线宽只能达到100μm，线间距150μm，且布线困难，通孔孔径200μm，盲埋孔孔径300μm，且盲孔工艺难以实现，加工精度也无法与溅射工艺或者光刻工艺相比拟。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于LCP工艺的凸点互连结构，以至少解决现有LCP工艺印制板布线困难的技术问题。

根据本发明的实施例，提供了一种基于LCP工艺的凸点互连结构，包括：上LCP基板、下LCP基板、粘合层、焊盘、凸点；上LCP基板与下LCP基板之间由粘合层连接，上LCP基板、粘合层上开设有相贯通的通孔，通孔上位于上LCP基板、粘合层之间处的周部设置有焊盘，凸点设置在粘合层、下LCP基板之间，凸点与通孔电性连接。

进一步地，凸点为铜凸点。

进一步地，通孔与凸点竖直位置相对应设置。

进一步地，上LCP基板中通孔的孔径为40-60μm，焊盘的直径大于上LCP基板中通孔的孔径。

进一步地，上LCP基板中通孔的孔径为50μm。

进一步地，粘合层中通孔的孔径为90-110μm，凸点的直径大于粘合层中通孔的孔径。

进一步地，粘合层中通孔的孔径为100μm。

进一步地，凸点的截面呈梯形，凸点的底部直径为190-210μm。

进一步地，在上LCP基板底部的铜层上设置焊盘，在下LCP基板上部的金属层上设置凸点。

进一步地，通孔与凸点竖直位置间隙设置。

本发明实施例中的基于LCP工艺的凸点互连结构，在LCP基板上采用凸点互连结构实现从顶层对内埋器件及传输结构的DC供电，在降低多层LCP基板系统集成中射频布线的难度的同时，克服了现有LCP工艺中难以制作的盲孔技术难题，实现LCP多层电路中异面信号之间的互连，极大的增加了集成设计的灵活性，也极大地减小了对制作工艺的要求，同时验证了凸点互连结构在LCP基板上良好的电连接性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明基于LCP工艺的凸点互连结构的结构示意图；

图2为图1的结构放大图；

图3为本发明基于LCP工艺的凸点互连结构示意图；

图4为本发明基于LCP工艺的凸点互连结构与凸点间隙设置的结构示意图；

其中附图标记为：1、上LCP基板；2、下LCP基板；3、凸点；4、通孔；5、焊盘；6、粘合层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在射频前段集成系统的小型化设计中，射频微波信号必须在多层基板之间进行垂直传输。随着频率的升高，微波传输线的性质和传播特性将变得越发复杂，特别是在高频段的传输结构中，多层介质板上传输线的结构和布线变得异常精细和密集，影响传输线及其互连过渡传输性能的因素变得复杂，电磁场信号在这种复杂的多层介质结构中的特性和传播模式也随之变得异常复杂。

为克服现有加工工艺技术中存在的缺陷，本发明的目的在于实现LCP基板上凸点互连结构的电连接，从而降低多层LCP基板上SIP技术中射频布线的难度，极大的增加了集成设计的灵活性，其拓扑结构也简单，易实现。

微波信号的三维传输是微波系统三维集成的重要手段之一。传统的微波封装和电路，其微波信号是在X-Y平面内传输，而所谓微波信号三维传输除了微波信号在X-Y平面内传输外，更重要的是实现微波信号沿Z轴方向传输。当前的芯片主要是在二维方向上实现不同功能模块的集成，极大地占用了晶圆面积，且增加了微系统设计的难度。在三维集成中，各功能模块能够实现垂直方向的堆叠，功能模块可分为几层甚至每个功能模块单独一层，各层之间通过不同的键合工艺完成物理或电气互连。

本发明的凸点互连结构中，其中的上下层之间采用类似BGA焊接的形式，利用类BGA技术与类同轴垂直转换手段设计一种可以应用在多层LCP基板上的垂直互连结构。该结构具有性能稳定、易于安装，可靠性高等优点，可以应用在SIP技术的设计中，极大的增加了集成设计的灵活性。SIP技术中垂直互连的关键在于上下基板通孔和铜凸点之间实现很好的匹配。这之间的匹配主要通过优化调整中间焊盘的大小以及孔径的大小实现的。

根据本发明的实施例，参见图1-4，提供了一种基于LCP工艺的凸点互连结构，包括：上LCP基板1、下LCP基板2、粘合层6、焊盘5、凸点3；上LCP基板1与下LCP基板2之间由粘合层6连接，上LCP基板1、粘合层6上开设有相贯通的通孔4，通孔4上位于上LCP基板1、粘合层6之间处的周部设置有焊盘5，凸点3设置在粘合层6、下LCP基板2之间，凸点3与通孔4电性连接。

作为优选的技术方案中，凸点3为铜凸点3。为保证实际测试性能的一致性、安装的方便性以及凸点与上下焊盘5对位的精度等，在加工过程中创新性的引入定位层的思路。所谓定位层，是指在该层加工出若干焊盘用于铜凸点3的定位，同时在通孔4底部作焊盘5，以保证在工艺误差下通孔4和铜凸点3连接良好。示意图如图1所示，将凸点焊球3植入到定位层的相应位置，该方法大大提高了组装效率和一致性，为毫米波SIP叠层技术提供了有力的技术支撑。

作为优选的技术方案中，通孔4与凸点3竖直位置相对应设置，如图1所示，由于本技术方案采用了LCP基板，验证了凸点互连结构在LCP基板中有着良好的电连接性，在降低多层LCP基板上SIP技术中射频布线难度的同时，间接代替了工艺中难以制作的盲孔技术，极大的增加了集成设计的灵活性。该结构由凸点3和垂直通孔4互连组成，在多层电路板间，通过合理选取凸点3的大小和焊盘5及通孔4的尺寸实现良好的电连接。

作为优选的技术方案中，参见图2，上LCP基板1中通孔4的孔径为40-60μm，焊盘5的直径大于上LCP基板1中通孔4的孔径，上LCP基板1中通孔4的孔径优选为50μm。粘合层6中通孔4的孔径为90-110μm，凸点3的直径大于粘合层6中通孔4的孔径。粘合层6中通孔4的孔径为100μm，凸点3的截面呈梯形，凸点3的底部直径为190-210μm，在上LCP基板1底部的铜层上设置焊盘5，在下LCP基板2上部的金属层上设置凸点3。

在下LCP基板2上部的金属层上设置凸点3。下LCP基板2表面金属层上设置凸点3，在金属层表面做圆形标记，为保证连接良好，凸点3的直径应略大于通孔4孔径。在上LCP基板1底部的铜层上设置焊盘5。其中上LCP基板1中通孔4孔径为50μm，在上LCP基板1的底部铜层设置焊盘5，为保证连接良好其直径略大于上LCP基板1中通孔4孔径。

作为优选的技术方案中，通孔4与凸点3竖直位置间隙设置，参见图3-4。

为测试该结构的连接特性，本技术方案设计加工的采用铜焊球和垂直通孔互连结构的样品测试，用万用表测量出顶层输入-中间层输出端口之间的阻值为0.8Ω～0.9Ω，可以实现多层LCP基板之间的电连接。

在现有的LTCC多层基板中，CPW带线转换部分是通过一种实现表层CPW带线射频信号从平面传输转换成垂直传输的方式。其中，“类同轴垂直转换方式”的概念来自于同轴传输线结构，它是以连接不同层间的中心通孔4作为信号线，将信号线外围一组连接不同地层的通孔4视为屏蔽层组成，这种结构类似于同轴线的结构。图4所示为采用BGA作为不同基板之间背靠背微波垂直互连结构示意图，该结构由上下两块基板以及中间的BGA焊球组成，上下两块基板均为高频PCB板。两板之间焊接了数只BGA焊球，除与微波传输线连接的两只BGA焊球作为两板之间微波传输通道外，其余BGA焊球均作为上下两块基板之间的物理支撑。BGA焊球焊接点处设计一个pad图形，此种设计有助于把电磁信号导入相关传输线，并且能较好地兼容焊接互连工艺过程中所产生的加工误差，有效的改善传输性能。

本发明设计是基于LCP工艺的凸点互连结构在SIP中的应用，实现了对其它层内埋器件的DC供电，验证了凸点互连结构在LCP基板中良好的电连接性。微波SIP技术是指通过采用三维(X,Y,Z方向)结构形式对微波毫米波芯片进行立体结构的三维集成技术，该技术借助三维叠层技术制作，系统之间连通的电气及散热管道均采用纵向垂直布局。因此，微波信号在不同基板之间的垂直传输是实现系统级封装的核心技术之一，受到国内外研究人员的重点关注。

本发明采用LCP工艺，没有采取传统的LTCC和薄膜工艺，因为LCP工艺对于形成复杂的多层结构来实现射频前端模块3D封装更有优势。LCP是一种由刚性分子链构成的、在一定物理条件下既有液体的流动性又有晶体的物理性能各向异性(此状态称为液晶态)的高分子物质。它被认为是继低温共烧陶瓷(LTCC)后下一代微波毫米波的基板和微组材料，具有许多独特的优点，例如损耗小、成本低、使用频率范围大(DC，110GHz)、强度高、重量轻、耐热性和阻燃性强、线膨胀系数小、耐腐蚀性和耐辐射性能好、CP薄膜的成型温度低，具有可弯曲性和可折叠性的优良成型加工性能，可用于各种带弧形和弯曲等复杂形状的制品。目前使用的LTCC的成形温度是850℃左右，LCP的成形温度可以低到285℃，这样不仅无源器件，而且有源芯片都有可能一起封装，减小了安装位置和数量的限制，这将大大提高军用和民用电子系统的可靠性，降低成本，减小体积。同时LTCC横向尺寸一般不能大于5inch×5inch，而LCP的尺寸可以大得多。此外LCP没有LTCC烧结过程中产生的收缩，有助于提高加工精度和成品率。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.基于LCP工艺的凸点互连结构，其特征在于，包括：上LCP基板、下LCP基板、粘合层、焊盘、凸点；所述上LCP基板与所述下LCP基板之间由所述粘合层连接，所述上LCP基板、所述粘合层上开设有相贯通的通孔，所述通孔上位于所述上LCP基板、所述粘合层之间处的周部设置有焊盘，所述凸点设置在所述粘合层、所述下LCP基板之间，所述凸点与所述通孔电性连接。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述凸点为铜凸点。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述通孔与所述凸点竖直位置相对应设置。

4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述上LCP基板中所述通孔的孔径为40-60μm，所述焊盘的直径大于所述上LCP基板中所述通孔的孔径。

5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述上LCP基板中所述通孔的孔径为50μm。

6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，所述粘合层中所述通孔的孔径为90-110μm，所述凸点的直径大于所述粘合层中所述通孔的孔径。

7.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，所述粘合层中所述通孔的孔径为100μm。

8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述凸点的截面呈梯形，所述凸点的底部直径为190-210μm。

9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，在所述上LCP基板底部的铜层上设置所述焊盘，在所述下LCP基板上部的金属层上设置所述凸点。

10.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述通孔与所述凸点竖直位置间隙设置。