CN111372386A - 基于多层lcp电路板的矩形微同轴传输线制备方法及传输线 - Google Patents

基于多层lcp电路板的矩形微同轴传输线制备方法及传输线 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法及传输线，包括：对多层LCP电路板进行光刻，第二层LCP电路板上表面的第一金属层光刻腐蚀形成内导体图案；对第二层LCP电路板上内导体图案加厚；将第二层LCP电路板、第三层LCP电路板的下表面以及第四层LCP电路板的上下表面附上半固化片；将第二层LCP电路板切割出两个空腔，第三层LCP电路板和第四层LCP电路板切割出一个空腔；第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压键合；对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由空腔形成的侧壁上形成第二金属层；将多层LCP电路板堆叠层压键合。本发明中各层LCP电路板的加工可以并行进行，加工时间大为缩短。

Description

基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法及传输线
技术领域
本发明涉及金属微结构加工技术领域，具体地，涉及一种基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法及传输线。
背景技术
由于其独特的电磁波结构，矩形微同轴具有超宽带、无色散、低损耗、高功率容量、高隔离度等特点，电性能相比于传统传输结构(如微带、共面波导等)在毫米波宽带领域具有巨大优势。
首先，矩形微同轴的功率上限高，同时其特性阻抗取决于腔体与内芯的直径比，通过选择不同内芯尺寸的微同轴，可以满足不同场合的功率容量需求。由于其独特的结构及特性，矩形微同轴可用于构建多种小型化、高性能、高集成度、可重构的各种微波毫米波器件及子系统，如滤波器、谐振器、耦合器以及天线等，广泛应用于导航、通信、雷达等众多领域。矩形微同轴是采用MEMS技术加工制备的射频传输线，结构包括矩形外导体、矩形内导体和填充介质(空气或真空)。由于其独特的三维结构，微同轴可以实现对微波毫米波信号的低损耗、高隔离度、高功率容量、超带宽的传输。进一步的，基于微型化的微同轴，可以提高射频电路的集成度，构建出更为复杂的射频电路系统。
传统的微同轴传输线制备方法为基于厚胶的标准光刻技术，先制备出矩形凹槽，再电化学沉积金属Cu制备内外导体，重复五次以上，最后通过外导体上的过孔去除内部作为牺牲层的光刻胶，最终实现微同轴传输线。该工艺从基板开始逐层往上加工，耗时久，并且需要实现多层光刻工艺之间的对准，对设备的对位精度要求很高。并且，内导体需要采用SU8负性光刻胶作为支撑层。最后，需要通过在外导体上留下周期性的释放孔去除内外导体之间多余的光刻胶牺牲层，会破坏外导体的完整性，影响矩形微同轴的传输性能。为了解决以上问题，急需一种全新的微同轴制备工艺。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法及传输线。
根据本发明提供的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻生成目标多层LCP电路板，所述目标多层LCP电路板中的第一层LCP电路板的上表面和最后一层LCP电路板的下表面的具有第一金属层，第二层LCP电路板上表面的第一金属层光刻腐蚀形成内导体图案；
步骤S2：对第二层LCP电路板上内导体图案加厚；
步骤S3：将第二层LCP电路板、第三层LCP电路板的下表面以及第四层LCP电路板的上下表面附上半固化片；
步骤S4：将第二层LCP电路板切割出两个空腔，第三层LCP电路板和第四层LCP电路板切割出一个空腔；
步骤S5：第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压键合；
步骤S6：对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由所述空腔形成的侧壁上形成第二金属层；
步骤S7：将多层LCP电路板堆叠层压键合。
优选地，所述第一金属层和所述第二金属层采用金属铜、银或铝制成。
优选地，在步骤S2中通过型号为SU8的胶进行套刻，通过电铸技术对内导体图案加厚至50μm。
优选地，在步骤S3中通过在120℃下加压约30s进行所述半固化片的预固化；
所述半固化片的长度为25μm。
优选地，在步骤S4中，所述第二层LCP电路板的两个空腔宽度为162μm，所述第二层LCP电路板的中间保留区域及两端保留区域的宽度为100μm；
所述第三层LCP电路板和所述第四层层LCP电路板的两端保留区域的宽度分别为100μm。
优选地，在步骤S5中进行第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压时在真空室中采用300psi的压强在180℃温度下层压1h。
优选地，在步骤S6中对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由所述空腔形成的侧壁上通过磁控溅射形成铜种子层后进行电镀形成宽度为12μ2厚度为400μ0的第二金属层。
优选地，步骤S7：将多层LCP电路板在真空室中使用300psi的压强在180p下层压1h进行压合。
根据本发明提供的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法制备而成，包括：外导体、内导体、内导体支撑层结构以及介质层；
所述外导体具有一空腔；所述内导体支撑层结构设置在所述空腔的一侧壁面上；
所述内导体设置设在所述内导体支撑层结构上；所述空腔内填充所述介质层。
优选地，所述外导体包括第一层LCP电路板、第一层金属层、第二层LCP半固化片、第二层LCP电路板、第三层LCP半固化片、第三层LCP电路板、第四层LCP半固化片、第四层LCP电路板、第四层LCP半固化片、第五层金属层、第五层LCP电路板和外导体电镀铜层；
所述第一层LCP电路板设置有所述第一层金属层；所述第一层金属层设置有三段第二层LCP半固化片；
位于所述第一层金属层两端的两段第二层LCP半固化片上一次依次设置有第二层LCP电路板、第三层LCP半固化片、第三层LCP电路板、第四层LCP半固化片、第四层LCP电路板、第四层LCP半固化片且在所述第四层LCP半固化片上设置横跨两段第四层LCP半固化片的第五层金属层、第五层LCP电路板以围成空腔；
所述内导体支撑层结构包括位于所述第一层金属层中部的中间段第二层LCP半固化片和设置在所述中间段第二层LCP半固化片上的中间段第二层LCP电路板；
所述内导体结构包括依次设置在中间段第二层LCP电路板上的中间段第二层金属层和电镀层。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明无需从基板开始逐层进行光刻加工，各层LCP电路板的加工可以并行进行，最后进行层压组成完整的微同轴结构，加工时间大为缩短。并且，避免了逐层光刻加工时每层工艺之间的对准问题。
2、本发明内导体和外导体的制备是通过层压形成，无需传统微同轴工艺中的牺牲层，能够保持完整的外导体，不需要保留释放孔，因此外导体具有良好的屏蔽隔离性能。
3、本发明直接利用LCP层和半固化片层作为内导体的支撑层，避免了传统微同轴加工工艺中使用额外SU8光刻胶作为支撑层。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中矩形微同轴传输线结构的截面示意图；
图2为本发明实施例中矩形微同轴传输线各层结构光刻图案分解示意图；
图3为本发明实施例中对多层LCP电路板进行光刻的示意图；
图4为本发明实施例中对第二层LCP电路板上内导体图案加厚的示意图；
图5为本发明实施例中将第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板附上半固化片的示意图；
图6为本发明实施例中将第二层LCP电路第三层LCP电路板和第四层LCP电路板切割出空腔的示意图；
图7为本发明实施例中第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压键合的示意图；
图8为本发明实施例中对空腔形成的侧壁上形成第二金属层的示意图；
图9为本发明实施例中将多层LCP电路板堆叠层压键合的示意图。
图中：
101为第一层LCP电路板；102为102第一层金属层；103为第二层LCP半固化片；104为第二层LCP电路板；105为第三层LCP半固化片；106为第三层LCP电路板；107为第四层LCP半固化片；108为第四层LCP电路板；109为第四层LCP半固化片；110为第五层金属层；111为第五层LCP电路板；112为中间段第二层LCP半固化片；113为中间段第二层LCP电路板；114为第二层金属层；115为电镀层；116为外导体电镀铜层；117为空腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例中矩形微同轴传输线结构的截面示意图，如图1所示，本发明提供的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线，采用所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法制备而成，包括：外导体、内导体、内导体支撑层结构以及介质层；
所述外导体具有一空腔；所述内导体支撑层结构设置在所述空腔的一侧壁面上；
所述内导体设置设在所述内导体支撑层结构；所述空腔内围绕所述内导体支撑层结构、所述内导体填充所述介质层。所述介质层为空气或真空。
所述外导体包括第一层LCP电路板101、第一层金属层102、第二层LCP半固化片103、第二层LCP电路板104、第三层LCP半固化片105、第三层LCP电路板106、第四层LCP半固化片107、第四层LCP电路板108、第四层LCP半固化片109、第五层金属层110、第五层LCP电路板111和外导体电镀铜层116；
所述第一层LCP电路板101设置有所述第一层金属层102；所述第一层金属层102设置有三段第二层LCP半固化片103；
位于所述第一层金属层102两端的两段第二层LCP半固化片103上一次依次设置有第二层LCP电路板104、第三层LCP半固化片105、第三层LCP电路板106、第四层LCP半固化片107、第四层LCP电路板108、第四层LCP半固化片109且在所述第四层LCP半固化片109上设置横跨两段第四层LCP半固化片109的第五层金属层110、第五层LCP电路板111以围成空腔；
所述内导体支撑层结构包括位于所述第一层金属层102中部的中间段第二层LCP半固化片112和设置在所述中间段第二层LCP半固化片112上的中间段第二层LCP电路板113；
所述内导体结构包括依次设置在中间段第二层LCP电路板113上的中间段第二层金属层114和电镀层115。
图2为本发明实施例中矩形微同轴传输线各层结构光刻图案分解示意图，如图2所示，本发明提供的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻，去除多层LCP电路板的表面第一金属层，且对第一层LCP电路板的上表面和最后一层LCP电路板的下表面的保留第一金属层，第二层LCP电路板上表面的第一金属层光刻腐蚀形成内导体图案；
步骤S2：对第二层LCP电路板上内导体图案加厚；
步骤S3：将第二层LCP电路板、第三层LCP电路板的下表面以及第四层LCP电路板的两表面附上半固化片；
步骤S4：将第二层LCP电路板切割出两个空腔，第三层LCP电路板和第四层LCP电路板切割出一个空腔；
步骤S5：第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压键合；
步骤S6：对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由所述空腔形成的侧壁上形成第二金属层；
步骤S7：将多层LCP电路板堆叠层压键合，形成矩形微同轴。
在本发明实施例中，所述第一金属层和所述第二金属层采用金属铜、银或铝制成。所述多层LCP电路板的层数可以根据实际应用计算或仿真出的尺寸决定最终所需要的层数。
图3为本发明实施例中对多层LCP电路板进行光刻的示意图，如图3所示，光刻第一层至第五层LCP电路板图形，所述第一金属层为覆铜，其中，第一层LCP电路板中表面覆铜全部保留，下表面覆铜全部去除。第二层LCP电路板中将表面覆铜光刻腐蚀形成内导体图案，其他覆铜全部去除。第三层LCP电路板的上下表面覆铜全部去除。第四层LCP电路板上下表面覆铜全部去除。第五层LCP电路板的下表面覆铜全部保留，上表面覆铜全部去除。
在本发明变形例中，各层中LCP电路板一面覆铜全部去除的情况也可以选择该面没有覆铜的LCP电路板。并且，光刻图形除了传输线图形还包括激光切割空腔的图形。光刻后，使用三氯化铁等铜腐蚀液进行腐蚀，腐蚀液浓度与铜层厚度相关，腐蚀时间不宜太长，防止图形侧向腐蚀。
所述外导体结构的第一层LCP电路板的覆铜102、第五层LCP电路板的覆铜110和外导体电镀铜层116的材料均为金属铜，三者共同形成外导体的结构，对内导体中传输的微波毫米波射频信号起到屏蔽隔离作用。
图4为本发明实施例中对第二层LCP电路板上内导体图案加厚的示意图，如图4所示，在步骤S2中通过型号为SU8的光刻胶进行套刻，通过电铸技术对内导体图案加厚至50μm。在增加铜层厚度的同时防止图形侧向延展，影响图案精度。
图5为本发明实施例中将第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板附上半固化片的示意图，如图5所示，在步骤S3中通过在120℃下加压约30s进行所述半固化片的预固化；
所述半固化片的长度为25μm。所述第二层LCP半固化片112和第二层LCP113共同形成内导体支撑层，主要起到支撑悬空内导体的作用。
图6为本发明实施例中将第二层LCP电路第三层LCP电路板和第四层LCP电路板切割出空腔的示意图，如图6所示，在步骤S4中，所述第二层LCP电路板的两个空腔宽度为162μm，所述第二层LCP电路板中间保留区域及两端保留区域的宽度为100μm；
所述第三层LCP电路板和所述第四层层LCP电路板的两端保留区域的宽度分别为100μm。
采用激光器进行切割，激光器采用激光波长为355nm的全固态紫外激光。
图7为本发明实施例中第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压键合的示意图，如图7所示，在步骤S5中进行第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压时在真空室中采用300psi的压强在180℃温度下层压1h。
图8为本发明实施例中对空腔形成的侧壁上形成第二金属层的示意图，如图8所示，在步骤S6中对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由所述空腔形成的侧壁上通过磁控溅射形成铜种子层后进行电镀形成宽度为12μ2厚度为400μ0的第二金属层。即第二金属层为铜层。
在本发明实施例中采用磁控溅射仪对基板溅射铜，使LCP电路板的侧壁附着铜层，然后电镀加厚。
图9为本发明实施例中将多层LCP电路板堆叠层压键合的示意图，如图9所示，步骤S7：将多层LCP电路板在真空室中使用300psi的压强在180p下层压1h进行压合。进而形成最终的矩形微同轴传输线。
在本发明实施例中，本发明无需从基板开始逐层进行光刻加工，各层LCP电路板的加工可以并行进行，最后进行层压组成完整的微同轴结构，加工时间大为缩短。并且，避免了逐层光刻加工时每层工艺之间的对准问题。本发明内导体和外导体的制备是通过层压形成，无需传统微同轴工艺中的牺牲层，能够保持完整的外导体，不需要保留释放孔，因此外导体具有良好的屏蔽隔离性能。本发明直接利用LCP层和半固化片层作为内导体的支撑层，避免了传统微同轴加工工艺中使用额外SU8光刻胶作为支撑层。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻生成目标多层LCP电路板，所述目标多层LCP电路板中的第一层LCP电路板的上表面和最后一层LCP电路板的下表面的具有第一金属层，第二层LCP电路板上表面的第一金属层光刻腐蚀形成内导体图案；
步骤S2：对第二层LCP电路板上内导体图案加厚；
步骤S3：将第二层LCP电路板、第三层LCP电路板的下表面以及第四层LCP电路板的上下表面附上半固化片；
步骤S4：将第二层LCP电路板切割出两个空腔，第三层LCP电路板和第四层LCP电路板切割出一个空腔；
步骤S5：第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压键合；
步骤S6：对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由所述空腔形成的侧壁上形成第二金属层；
步骤S7：将多层LCP电路板堆叠层压键合。
2.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层采用金属铜、银或铝制成。
3.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，在步骤S2中通过型号为SU8的光刻胶进行套刻，通过电铸技术对内导体图案加厚至50μm。
4.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，在步骤S3中通过在120℃下加压约30s进行所述半固化片的预固化；
所述半固化片的长度为25μm。
5.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述第二层LCP电路板的两个空腔宽度为162μm，所述第二层LCP电路板的中间保留区域及两端保留区域的宽度为100μm；
所述第三层LCP电路板和所述第四层层LCP电路板的两端保留区域的宽度分别为100μm。
6.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，在步骤S5中进行第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板进行层压时在真空室中采用300psi的压强在180℃温度下层压1h。
7.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，在步骤S6中对第二层LCP电路板、第三层LCP电路板以及第四层LCP电路板的由所述空腔形成的侧壁上通过磁控溅射形成铜种子层后进行电镀形成宽度12μ2、厚度400μ0的第二金属层。
8.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法，其特征在于，步骤S7：将多层LCP电路板在真空室中使用300psi的压强在180p下层压1h进行压合。
9.一种基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线制备方法制备而成，包括：外导体、内导体、内导体支撑层结构以及介质层；
所述外导体具有一空腔；所述内导体支撑层结构设置在所述空腔的一侧壁面上；
所述内导体设置设在所述内导体支撑层结构上；所述空腔内填充所述介质层。
10.根据权利要求9所述的基于多层LCP电路板的矩形微同轴传输线，其特征在于，所述外导体包括第一层LCP电路板(101)、第一层金属层(102)、第二层LCP半固化片(103)、第二层LCP电路板(104)、第三层LCP半固化片(105)、第三层LCP电路板(106)、第四层LCP半固化片(107)、第四层LCP电路板(108)、第四层LCP半固化片(109)、第五层金属层(110)、第五层LCP电路板(111)和外导体电镀铜层(116)；
所述第一层LCP电路板(101)设置有所述第一层金属层(102)；所述第一层金属层(102)设置有三段第二层LCP半固化片(103)；
位于所述第一层金属层(102)两端的两段第二层LCP半固化片(103)上一次依次设置有第二层LCP电路板(104)、第三层LCP半固化片(105)、第三层LCP电路板(106)、第四层LCP半固化片(107)、第四层LCP电路板(108)、第四层LCP半固化片(109)且在所述第四层LCP半固化片(109)上设置横跨两段第四层LCP半固化片(109)的第五层金属层(110)、第五层LCP电路板(111)以围成空腔；
所述内导体支撑层结构包括位于所述第一层金属层(102)中部的中间段第二层LCP半固化片(112)和设置在所述中间段第二层LCP半固化片(112)上的中间段第二层LCP电路板(113)；
所述内导体结构包括依次设置在中间段第二层LCP电路板(113)上的中间段第二层金属层(114)和电镀层(115)。
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