CN111372395B - 基于多层lcp电路板的微波导制备方法及微波导 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于多层LCP电路板的微波导制备方法及微波导，包括：对多层LCP电路板进行光刻或选择确定目标多层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；将第二层LCP电路板的下表面以及第三层LCP电路板的上下两表面附上半固化片；将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板切割出一个空腔；将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板进行层压键合；对第二层LCP电路板和第三层LCP电路板的由所述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，最后进行层压组成形成完整的矩形微波导，加工时间大为缩短。

Description

基于多层LCP电路板的微波导制备方法及微波导
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电路板的微波导制备方法及微波导。
背景技术
在微波毫米波频段，随着频带的拥挤，信号传输所需要的频率逐渐升高。如果采用传统的微带线和带状线，其损耗已经不能忽视，严重影响信号的传输质量。而波导结构的传输线，由于具有很好的屏蔽特性，能够保证以很小的损耗传输高功率底色散的微波毫米波信号。但是当前的波导由于工艺限制和尺寸限制，很难跟现有的射频系统集成。传统的波导通常采用MEMS等机械加工工艺，成本高昂，机械加工工艺只适用于加工大尺寸波导。而微波导采用的是多层UV-LIGA光刻工艺，需要逐层制备波导的各结构层，层间对准困难，工艺耗时。
而液晶聚合物(Liquid crystal polymer,LCP)作为高性能的柔性基板材料，具备低介电常数、低热膨胀系数、低损耗、高强度等优良特性，在微波毫米波领域获得了广泛的关注，不断拓展其应用范围。以往基于LCP的波导都是采用的单层LCP工艺，为简单的共面波导结构，是一种平面结构的传输线，仅需要单次光刻工艺。
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电路板的微波导制备方法，通过该制备方法制备具备三维结构的矩形微波导，能够实现更高的信号传输功率、更低的损耗，解决了以往波导加工工艺中存在的机械加工尺寸大、光刻工艺层间对准困难、逐层加工耗时久、基于单层LCP电路板的共面波导性能低等问题。
根据本发明提供的基于多层LCP电路板的微波导制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻或选择确定目标多层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；
步骤S2：将第二层LCP电路板的下表面以及第三层LCP电路板的上下两表面附上半固化片；
步骤S3：将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板切割出一个空腔；
步骤S4：将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板进行层压键合；
步骤S5：对第二层LCP电路板和第三层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S6：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S6层压键合后，所述空腔的长为a＝400μm，宽为b＝275μm。
优选地，在步骤S2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S3中，所述第二层LCP电路板和所述第三层LCP电路板的两端保留区域的宽度分别为100μm。
优选地，在步骤S4中对第二层LCP电路板和第三层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S5中对第二层LCP电路板和第三层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厚度为12μm的第二金属层。
优选地，在步骤S6中将多层LCP电路板在真空室中使用300psi的压强在180℃下层压1h进行压合，形成所述矩形微波导。
根据本发明提供的基于多层LCP电路板的微波导，采用所述的基于多层LCP电路板的微波导制备方法制备而成，包括：外部支撑体、金属管壁和内部腔体；
所述外部支撑体设置有一内部腔体；所述内部腔体的内表面设置有所述金属管壁。
优选地，所述外部支撑体包括第一层LCP电路板、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半固化片和第四层LCP电路板；
所述金属管壁包括第一层LCP覆铜、两侧的电镀铜层和第四层LCP覆铜；
所述第一层LCP电路板上表面设置有所述第一层LCP覆铜；位于所述第一层LCP覆铜两端的两段第二层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半固化片的第四层LCP覆铜、第四层LCP电路板以围成所述内部腔体；
所述内部腔体为中空结构，能够填充空气或真空。
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矩形微波导，各层LCP电路板的加工可以并行进行，最后进行层压组成形成完整的矩形微波导，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、本发明基于多层LCP电路板制备的立体结构矩形微波导比基于单层LCP电路板的共面波导具备更低的信号传输损耗、更高的信号传输功率。
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波导结构的截面示意图；
图2为本发明实施例中对多层LCP电路板进行光刻的示意图；
图3为本发明实施例中将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板附上半固化片的示意图；
图4为本发明实施例中将第二层LCP电路和第三层LCP电路板切割出空腔的示意图；
图5为本发明实施例中将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板进行层压键合的示意图；
图6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；以及
图7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为第一层LCP覆铜；103为第二层LCP半固化片；104为电镀铜层；105为第二层LCP电路板；106为第三层LCP半固化片；107为第三层LCP电路板；108为第四层LCP半固化片；109为第四层LCP覆铜；110为第四层LCP电路板；111为内部腔体。
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波导结构的截面示意图，如图1所示，本发明提供的基于多层LCP电路板的微波导，采用所述的基于多层LCP电路板的微波导制备方法制备而成，包括：外部支撑体、金属管壁和内部腔体；
所述外部支撑体设置有一内部腔体；所述内部腔体的内表面设置有所述金属管壁。
所述外部支撑体包括第一层LCP电路板101、第二层LCP半固化片103、第二层LCP电路板105、第三层LCP半固化片106、第三层LCP电路板107、第四层LCP半固化片108和第四层LCP电路板110；
所述金属管壁包括第一层LCP覆铜102、两侧的电镀铜层104和第四层LCP覆铜109
所述第一层LCP电路板101上表面设置有所述第一层LCP覆铜102；位于所述第一层LCP覆铜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105、第三层LCP半固化片106、第三层LCP电路板107、第四层LCP半固化片108且在所述第四层LCP半固化片108上设置横跨两段第四层LCP半固化片108的第四层LCP覆铜109、第四层LCP电路板110以围成所述内部腔体；
所述内部腔体111为中空结构，能够填充空气或真空。
在本发明实施例中，所述矩形微波导不能传输TEM波，只能传播TE波或TM波。所述空腔的长为a＝400μm，宽为b＝275μm。所述矩形微波导单模传输条件是信号波长大于a和2b中的较大值，但小于2a，在本发明实例中的范围为550μm至800μm。所述矩形微波导传输的电磁波截止波长为2a。
在本发明实施例中，本发明提供的基于多层LCP电路板的微波导制备方法，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；
步骤S2：将第二层LCP电路板的下表面以及第三层LCP电路板的上下两表面附上半固化片；
步骤S3：将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板切割出一个空腔；
步骤S4：将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板进行层压键合；
步骤S5：对第二层LCP电路板和第三层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S6：将多层LCP电路板堆叠层压键合。
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。在步骤S6层压键合后，所述空腔的长为a＝400μm，宽为b＝275μm。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。
所述矩形微波导传输的电磁波截止波长为2a，在本实例中为800μm。
图2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2所示，当去除四层LCP电路板的表面第一金属层时，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覆铜，对其余层LCP电路板的覆铜全部去除；
在本发明变形例中，各层中LCP电路板的整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。
图3为本发明实施例中将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板附上半固化片的示意图，如图3所示，在步骤S2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。
图4为本发明实施例中将第二层LCP电路和第三层LCP电路板切割出空腔的示意图，如图4所示，在步骤S3中，所述第二层LCP电路板和所述第三层LCP电路板的两端保留区域的宽度分别为100μm。所述第二层LCP电路板、第三层LCP电路板中间切割出宽度为424μm的空腔。
在本发明实施例中，采用激光波长为355nm的全固态紫外激光进行所述空腔的切割。
图5为本发明实施例中将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板进行层压键合的示意图，如图5所示，在步骤S4中进行第二层LCP电路板和第三层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6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6所示，在步骤S5中对第二层LCP电路板和第三层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厚度为12μm的第二金属层。
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7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7所示，在步骤S6中将多层LCP电路板在真空室中使用300psi的压强在180℃下层压1h进行压合，形成所述矩形微波导。
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矩形微波导，各层LCP电路板的加工可以并行进行，最后进行层压组成形成完整的矩形微波导，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。本发明基于多层LCP电路板制备的立体结构矩形微波导比基于单层LCP电路板的共面波导具备更低的信号传输损耗、更高的信号传输功率。
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电路板的微波导制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：对多层LCP电路板进行光刻或选择确定目标多层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；
步骤S2：将第二层LCP电路板的下表面以及第三层LCP电路板的上下两表面附上半固化片；
步骤S3：将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板切割出一个空腔；
步骤S4：将第二层LCP电路板和第三层LCP电路板进行层压键合；
步骤S5：对第二层LCP电路板和第三层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S6：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电路板的微波导制备方法，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电路板的微波导制备方法，其特征在于，在步骤S6层压键合后，所述空腔的长为a＝400μm，宽为b＝275μm。
4.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的微波导制备方法，其特征在于，在步骤S2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电路板的微波导制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述第二层LCP电路板和所述第三层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电路板的微波导制备方法，其特征在于，在步骤S4中对第二层LCP电路板和第三层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电路板的微波导制备方法，其特征在于，在步骤S5中对第二层LCP电路板和第三层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 厚度为12μm的第二金属层。
8.根据权利要求1所述的基于多层LCP电路板的微波导制备方法，其特征在于，在步骤S6中将多层LCP电路板在真空室中使用300psi的压强在180℃下层压1h进行压合，形成微波导。
9.一种基于多层LCP电路板的微波导，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电路板的微波导制备方法制备而成，包括：外部支撑体、金属管壁和内部腔体；
所述外部支撑体设置有一内部腔体；所述内部腔体的内表面设置有所述金属管壁。
10.根据权利要求9所述的基于多层LCP电路板的微波导，其特征在于，所述外部支撑体包括第一层LCP电路板(101)、第二层LCP半固化片(103)、第二层LCP电路板(105)、第三层LCP半固化片(106)、第三层LCP电路板(107)、第四层LCP半固化片(108)和第四层LCP电路板(110)；
所述金属管壁包括第一层LCP覆铜(102)、两侧的电镀铜层(104)和第四层LCP覆铜(109)
所述第一层LCP电路板(101)上表面设置有所述第一层LCP覆铜(102)；位于所述第一层LCP覆铜(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(105)、第三层LCP半固化片(106)、第三层LCP电路板(107)、第四层LCP半固化片(108)且在所述第四层LCP半固化片(108)上设置横跨两段第四层LCP半固化片(108)的第四层LCP覆铜(109)、第四层LCP电路板(110)以围成所述内部腔体；
所述内部腔体(111)为中空结构，能够填充空气或真空。
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