CN111312596B - 一种ltcc基板双面腔体结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LTCC电路基板加工领域，公开了一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法，本方法利用顶部和底部的刚性支撑片为产品层压时提供刚性支撑，并通过对刚性支撑片的开腔，实现层压过程中向正反两面腔体内部的压力传递。同时，在正反两面利用平面软性硅胶薄片取代填充嵌块、硅橡胶凸模等填充保护物，整面铺展即可，操作极为简单，无需考虑对位和嵌入问题，极大的降低了填充保护物的填入难度，具有良好的工艺稳定性。本专利的成型方法不改变传统的LTCC叠层技术，在保证良好的双面腔体质量、基板高平整的同时，能够获得产品较高的层间对位精度，实现高性能LTCC基板制作。
Description
技术领域
本发明涉及LTCC电路基板加工领域，尤其涉及一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法。
背景技术
以LTCC技术以其优异的高频性能、高的集成密度和高的可靠性等特点，在航空、航天、弹载、通讯等领域获得广泛应用。随着信息装备整机系统对小型化、轻量化需求的进一步提升，单片LTCC基板上需要集成更多的芯片，以实现更多的功能。与此同时，由于高频信号传输对共面/共地、阻抗匹配、电磁屏蔽等方面的要求，必须在LTCC基板上开出复杂结构的腔体，方能实现功能芯片的合理装配。
基于高密度、多功能、高性能的集成需求，近年来对LTCC基板双面腔体的制作方法进行了越来越多的研究。专利“多层陶瓷双面复杂腔体结构成型方法”中利用整体结构的硅橡胶凸模作为底层填充结构，半流动性软硅胶作为上层填充，然后整体放置在刚性层压背板上层压的方法，制作双面腔体LTCC基板，该方法的硅橡胶凸模可以重复利用，且层压操作简单，但需要针对每一种产品制作硅橡胶突模，且对凸模的加工精度及反复使用时的精度维持要求较高，同时，在各层生瓷片通过定位销叠层在硅橡胶凸模上的过程中，生瓷片镂空腔体对硅橡胶凸模的位置适应性调整容易导致基板局部的层间对位精度下降，再者，该方法在层压时，整个LTCC基板胚体的背面放置在柔性的硅胶层上，缺少对基板胚体的刚性平面支撑，当腔体结构复杂时，容易出现基板的局部弯曲，不利于最终基板平整度的提高。专利“一种多层陶瓷基板双面腔体的成型方法”中将具有双面腔体的基板分成子模块，各个子模块转变成单面腔体结构，分别对单面腔体的子模块进行预先层压，然后将各个子模块再次叠层进行最终层压，该方法可实现较好的双面腔底平整度，但是工艺过程复杂，且各个子模块预先层压后的形变会导致子模块之间的层间对位精度下降。专利“双面腔体结构的LTCC基板的制作方法”利用嵌件制造双面腔体，且使用碳基牺牲材料作为背面腔体的嵌块，可实现好的腔体质量，但需要针对每种产品制作高精度硅胶嵌块和碳基材料嵌块，且层压时需要将每一个嵌块放入基板的腔体中，操作较为复杂，特别是当腔体深度较浅时，嵌块在真空包装时容易滑动错位，存在质量风险。专利“一种具有双面腔体的封装外壳”中公布了一种具有双面腔体结构的陶瓷封装外壳，但未涉及双面结构陶瓷基板的成型方法。
针对LTCC基板双面腔体结构的成型及基板的大批量生产需求，需开发工艺简单，成型质量良好，均匀性高，稳定性好，同时保证基板整体平整度、层间对位精度等关键指标良好实现的双面腔体LTCC基板成型方法，以实现高性能、高密度复杂双面腔体结构LTCC基板的稳定加工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供提供一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法，利用双面刚性平面约束，配合双面平板硅橡胶自变形填充的方法，消除工艺过程对层压保护填充物定制化和高精度的依赖，降低层压工艺过程中的操作难度，消除容易出现的层间对位精度降低下降、填充嵌块滑移错位、基板翘曲变形等风险，稳定实现双面腔体LTCC基板的高质量加工。
本发明采用的技术方案如下：一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,包括以下步骤：
步骤1：按照LTCC基板背面腔体结构和正面腔体结构分别制作底部和顶部刚性支撑片；
步骤2：按照LTCC基板背面腔体结构和正面腔体结构分别制作底部和顶部离型膜片；
步骤3：按照产品设计在各层LTCC生瓷片上制作通孔、导体图形和腔体；
步骤4：按照底部刚性支撑片、底部离型膜片、各层LTCC生瓷片、顶部离型膜片、顶部刚性支撑片的顺序进行叠层，形成多层叠片；
步骤5：在多层叠片的顶部和底部分别铺展平面软性硅橡胶薄片；
步骤6：将铺展了平面软性硅橡胶薄片的多层叠片真空密封在包装袋中；
步骤7：对真空密封的包装袋进行层压；
步骤8：拆除包装袋、平面软性硅橡胶、顶部刚性支撑片、顶部离型膜片、底部刚性支撑片和底部离型膜片，获得具有双面腔体结构的LTCC基板的层压胚体；
步骤9：对LTCC基板的层压胚体进行烧结，获得具有双面腔体结构的LTCC基板。
进一步的，所述底部和顶部刚性支撑片，材质为不锈钢、铜等容易加工且具有较强刚性的薄片，其厚度为0.1mm～1mm；通过激光加工、数控铣切等工艺手段实现对应腔体的加工。
进一步的，所述底部和顶部离型膜片采用表面涂覆硅油的PET膜片，所述PET膜片的厚度为0.05～0.5mm，能够与生瓷及其表面印刷的导体浆料良好的离型，通过激光加工、数控铣切等工艺手段实现对应腔体的加工。
进一步的，所述LTCC生瓷片采用流延法制作获得。
进一步的，所述步骤3中，LTCC上的通孔利用打孔以及填孔工艺制作；导体图形通过丝网印刷工艺制作；腔体通过激光加工或机械冲制的方法制作。
进一步的，所述平面软性硅橡胶薄片选用硬度较低、变形能力较强的硅橡胶，通过开放式模具成型，同时采用自然流平的方式实现其表面的高光滑及厚度均匀，其厚度为0.1mm～5mm。
进一步的，所述步骤7中的层压是指利用温水等静压将LTCC各层生瓷片压合到一起，形成LTCC基板的层压胚体，同时离型膜、刚性支撑片和平面软性硅橡胶又不与LTCC生瓷粘连；所述等静压温度为60℃～80℃，压力为1500PSI～3500PSI。
进一步的，所述步骤9中烧结具体为将LTCC层压胚体放置在烧结炉中，在特定的温度条件和气氛条件下使LTCC层压胚体完成烧结，温度条件和气氛条件根据LTCC材料要求设定。
进一步的，所述步骤4中叠层具体为通过销钉定位或视觉对位，将底部和顶部刚性支撑片、底部和顶部离型膜、各层生瓷片按照顺序重叠在一起。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本专利取消了传统LTCC层压工艺中衬托在产品最下方的刚性背板，转而利用顶部和底部的刚性支撑片为产品层压时提供刚性支撑，并通过对刚性支撑片的开腔，实现层压过程中向正反两面腔体内部的压力传递。同时，在正反两面利用平面软性硅胶薄片取代填充嵌块、硅橡胶凸模等填充保护物，整面铺展即可，操作极为简单，无需考虑对位和嵌入问题，极大的降低了填充保护物的填入难度，具有良好的工艺稳定性。平面软性硅胶薄片对不同产品具有通用性，且可反复利用，有效降低工艺成本。本专利的成型方法不改变传统的LTCC叠层技术，在保证良好的双面腔体质量、基板高平整的同时，能够获得产品较高的层间对位精度，实现高性能LTCC基板制作。
附图说明
图1是具有双面腔体的LTCC基板胚体叠层结构及层压保护结构示意图。
图2为真空包装与层压压力施加示意图。
附图标记：1-LTCC各层生瓷片的叠层体、1t-正面腔体、1b-背面腔体、2t-顶部离型膜、2b-底部离型膜、3t-顶部刚性支撑片、3b-底部刚性支撑片、4t-顶部的平面软性硅橡胶薄片、4b-底部的平面软性硅橡胶薄片、5-真空包装袋、6-等静压压力施加方式、X-销钉。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
本发明提供一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法，具体步骤如下：
步骤1：如图1所示，根据腔体结构制作顶部刚性支撑片3t和底部刚性支撑片3b，材质为不锈钢，厚度为0.4mm，加工方式为激光切割。
步骤2：如图1所示，根据腔体结构制作顶部离型膜2t和底部离型膜2b，材质为表面涂覆硅油的PET膜，厚度为0.1mm，加工方式为激光切割。
步骤3：如图1所示，选用Ferro-A6M材料体系，利用打孔以及填孔工艺在LTCC生瓷片上制作通孔，通过丝网印刷工艺制作导体图形，通过激光加工或机械冲制的方法制作腔体。将各层LTCC生瓷片的通孔、导体图形、腔体制作完成后，按照顺序叠层，形成生瓷片叠层体1，并将刚性支撑片和离型膜分别按照底部刚性支撑片3b、底部离型膜片2b、LTCC生瓷片叠层体1、顶部离型膜片2t、顶部刚性支撑片3t的顺序将置于生瓷片叠层体1的底部和顶部，形成多层叠片。叠层过程中利用销钉X实现各层之间的定位。
步骤4：如图1所示，在多层叠片的顶部和底部铺展平面软性硅橡胶薄片4t和4b。
步骤5：如图2所示，将铺展好平面软性硅橡胶薄片的多层叠片整体放入包装袋进行真空密封。
步骤6：对真空密封包装进行温水等静压，层压温度为70℃，层压压力位3000PSI，压力施加示意如图2所示，在加压过程中顶部和底部铺展平面软性硅橡胶薄片4t和4b发生变形，自动填充生瓷叠层体1的正面腔体1t和背面腔体1b中，从而实现对腔体形状的保护。
步骤7：层压结束后拆除包装、刚性支撑片、离型膜和定位销钉，获得LTCC层压胚体。
步骤8：利用常规工艺对LTCC层压胚体进行烧结，获得双面腔体结构的LTCC基板。
优选地，所述顶部和底部刚性支撑片的材质选用铜。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照LTCC基板背面腔体结构和正面腔体结构分别制作底部和顶部刚性支撑片，在底部刚性支撑片上制作出与LTCC基板背面腔体结构对应的腔体，在顶部刚性支撑片上制作出与LTCC基板正面腔体结构对应的腔体；
步骤2：按照LTCC基板背面腔体结构和正面腔体结构分别制作底部和顶部离型膜片；
步骤3：在各层LTCC生瓷片上制作通孔、导体图形和腔体；
步骤4：按照底部刚性支撑片、底部离型膜片、各层LTCC生瓷片、顶部离型膜片、顶部刚性支撑片的顺序进行叠层，形成多层叠片；
步骤5：在多层叠片的顶部和底部分别铺展平面软性硅橡胶薄片；
步骤6：将铺展了平面软性硅橡胶薄片的多层叠片真空密封在包装袋中；
步骤7：对真空密封的包装袋进行层压；
步骤8：拆除包装袋、平面软性硅橡胶、顶部刚性支撑片、顶部离型膜片、底部刚性支撑片和底部离型膜片，获得具有双面腔体结构的LTCC基板的层压胚体；
步骤9：对LTCC基板的层压胚体进行烧结，获得具有双面腔体结构的LTCC基板。
2.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述底部和顶部刚性支撑片，选用不锈钢或铜制成的薄片制成，其厚度为0.1mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述底部和顶部离型膜片采用表面涂覆硅油的PET膜片，所述PET膜片的厚度为0.05～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述LTCC生瓷片采用流延法制作获得。
5.根据权利要求1或4所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述步骤3中，LTCC上的通孔利用打孔以及填孔工艺制作；导体图形通过丝网印刷工艺制作；腔体通过激光加工或机械冲制的方法制作。
6.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述平面软性硅橡胶薄片选用硅橡胶通过开放式模具成型，所述平面软性硅橡胶薄片表面采用自然流平的方式进行处理，所述平面软性硅橡胶薄片的厚度为0.1mm～5mm。
7.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述步骤7中的层压是指利用温水等静压将LTCC各层生瓷片压合到一起，所述等静压温度为60℃～80℃，压力为1500PSI～3500PSI。
8.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述步骤9中烧结具体为将LTCC层压胚体放置在烧结炉中，在特定的温度条件和气氛条件下使LTCC层压胚体完成烧结。
9.根据权利要求1所述的一种LTCC基板双面腔体结构的制作方法,其特征在于，所述步骤4中叠层具体为通过销钉定位或视觉对位，将底部和顶部刚性支撑片、底部和顶部离型膜、各层生瓷片按照顺序重叠在一起。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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