CN111540688A - 一种ltcc基板侧壁金属化的制备方法及ltcc基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种LTCC基板侧壁金属化的制备方法及LTCC基板，包括步骤：辅助腔体成型；制备初始模板；初始模板上料；金属化成型；辅助边处理；采用本发明方法不受LTCC基板材料、尺寸形状的限制，可适用于任意成分的LTCC基板的侧壁金属化，且对具有特殊外形结构的LTCC基板同样使用，是一种制备LTCC侧壁金属化的普适方法。

Description

一种LTCC基板侧壁金属化的制备方法及LTCC基板
技术领域
本发明涉及混合集成电路制备技术领域，具体涉及一种LTCC基板侧壁金属化的制备方法及LTCC基板。
背景技术
低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC)基板具有低损耗、高集成、高可靠性、耐高温高湿，以及介电常数、热膨胀系数灵活可变的特点，采用LTC技术可以将微波传输线、逻辑控制线和电源线的混合设计集成于三维立体结构之中，可方便快捷的实现高密度布线和高信号传输速度，是高频前端模块的重要组成部分，已广泛应用于通信、航空航天、汽车电子、计算机等领域。
当前，随着LTCC基板应用范围越来越广，应用环境越来越复杂，对基板的要求也越来越高，特别是在高频率、高性能、高可靠等方面的需求越来越迫切。LTCC基板作为电路互联的主体，其金属化水平直接影响到产品的质量，特别是在具有射频传输功能的LTCC基板上，其侧壁金属化的制备尤其重要，对基板的导通电阻、信号的屏蔽、信号的损耗等具有决定性的影响。
为了实现LTCC基板侧壁金属化，通常会在侧面设计表层到底层的接地孔，但这些接地孔受基板材料和加工性的影响，孔径和孔间距都有限制，对于要求较高的侧面金属化连通性无法满足要求。同时，由于LTCC基板厚度一般较薄，无法使用常规的印刷工艺达到金属化的目的，特别是对于不规则的异形基板，印刷工艺无法实施。当前，在LTCC基板上实现侧壁金属化的工艺通常有两种：一种是采用溅射的方法，先对LTCC基板进行保护，再对侧壁溅射沉积金属层，此方法溅射的金属层厚度较薄一般小于1微米，金属化效果不佳。而且由于LTCC基板材料大多无法进行电镀，若想提高厚度，只能延长溅射时间，效率非常低且成本较高，特别是对于一些具有较窄内槽结构的LTCC基板来说，此方法同样无法进行侧壁金属化。第二种方法就是采用手工涂抹的方法实现侧壁金属化，由于基板厚度薄尺寸小，此方法操作难度较大，不仅耗费的人力较多，而且受人为因素影响，获得的金属化层均匀性、一致性都较差，同时金属层的附着力一般不高，存在可靠性风险。
鉴于所述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决所述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种LTCC基板侧壁金属化的制备方法，包括步骤：
S1，辅助腔体成型；
首先按打孔、印刷、通孔填充形成具有LTCC基板坯料的各层生瓷片，并在所述生瓷片上制备瓷片对位孔；然后在所述生瓷片上沿着LTCC外形边缘位置设置条型腔，经过叠片、等静压后获得带有贯通型腔体的LTCC坯体；
S2，制备初始模板；
在不锈钢片上分别设置出与所述LTCC坯体相对应的模板对位孔和掩模孔，所述掩模孔的布孔区域覆盖设置在所述贯通型腔体的范围内，从而获得初始模板；
S3，初始模板上料；
将金属化浆料涂抹到所述初始模板上，涂抹后所述金属化浆料覆盖在所述掩模孔区域，从而获得上料模板；
S4，金属化成型；
在带真空吸附的工作台上从下往上依次放置透气性滤纸和所述LTCC坯体，开启低压真空吸附，然后在所述LTCC坯体上放置所述上料模板，所述模板对位孔与所述瓷片对位孔对齐，将所述工作台上未覆盖区域用隔离膜完全覆盖，并在所述上料模板上依次设置一层隔离膜和一片硅橡胶垫，开高压真空吸附保压完成后，拆卸所述上料模板，取出获得侧壁金属化的LTCC基板生坯；
S5，辅助边处理；
将所述LTCC基板生坯干燥、排胶、烧结，获得LTCC基板，并对所述LTCC基板切割外形、打磨、清洗，最终获得侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板。
较佳的，所述瓷片对位孔直径设置为0.2mm～0.5mm；所述模板对位孔的直径为0.2mm～0.5mm，且所述模板对位孔与所述瓷片对位孔的尺寸保持一致。
较佳的，所述贯通型腔体的整体宽度设置为0.2mm～0.6mm，所述贯通型腔体内边缘与所述LTCC外形边缘距离为0.1mm～0.2mm。
较佳的，在所述步骤S2中所述有不锈钢片的厚度0.08mm～0.1mm。
较佳的，所述掩模孔的直径为0.15mm～0.2mm，相邻所述掩模孔间的圆心距等于1.5倍的所述掩模孔直径。
较佳的，在所述步骤S3中所述金属化浆料设置为金浆料、金铂钯浆料、银浆料、钯银浆料中的一种，所述金属化浆料在1RPM状态下的浆料粘度为5000Pa·s～8000Pa·s，所述初始模板上涂抹的所述金属化浆料厚度为1mm～2mm。
较佳的，在所述步骤S4中所述的低压真空吸附的压力为5KPa～10KPa，高压真空吸附的压力为35KPa～45KPa，高压时的保压时间20s～30s。
较佳的，所述硅橡胶垫的厚度为1mm～3mm，所述硅橡胶垫的邵氏硬度为15～25。
较佳的，所述隔离膜成分设置为PE、PET、PTFE中的一种，厚度为50μm～125μm。
较佳的，所述步骤S5中所述干燥的温度为100℃～120℃，干燥时间为30min～45min。
较佳的，一种LTCC基板，通过所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法制得。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，采用本发明方法，不受LTCC基板材料、尺寸形状的限制，可适用于任意成分的LTCC基板的侧壁金属化，且对具有特殊外形结构的LTCC基板同样使用，是一种制备LTCC侧壁金属化的普适方法；2，本发明采用常规LTCC工艺，不需要成瓷之后进行后处理，工艺简单，且所用材料便宜易得，所需设备为常用的LTCC设备，加工成本低；3，本发明制备的LTCC基板侧壁金属化结构，金属化膜层厚度可根据需要设计，且厚度均匀；同时由于金属浆料与瓷体是通过共烧结的方法相互结合，在烧结时能很好的相互渗透，烧成后结合紧密，侧壁金属化可靠性高；4，本发明中的制备侧壁金属化层的方法，适用且不仅仅限于低温共烧陶瓷，也可应用于高温共烧陶瓷的侧壁金属化，特别适合大批量的生产制备。
附图说明
图1为步骤S1中所述的等静压后获得的带有贯通型腔体的LTCC坯体的结构示意图；
图2为步骤S2中所述的用于金属化制备的模板的结构示意图；
图3为步骤S3中所述的完成上料的模板结构示意图；
图4为步骤S4中所述的侧壁金属化成型结构示意图；
图5为步骤S5中获得的侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板的结构示意图。
图中数字表示：
1-生瓷片；2-瓷片对位孔；3-LTCC基板坯料；4-贯通型腔体；5-LTCC外形边缘；6-不锈钢片；7-掩模孔；8-模板对位孔；9-金属化浆料；10-隔离膜；11-带真空吸附的工作台；12-透气性滤纸；13-硅橡胶垫；14-侧壁金属化。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1至图5所示，图1为步骤S1中所述的等静压后获得的带有贯通型腔体的LTCC坯体的结构示意图；图2为步骤S2中所述的用于金属化制备的模板的结构示意图；图3为步骤S3中所述的完成上料的模板结构示意图；图4为步骤S4中所述的侧壁金属化成型结构示意图；图5为步骤S5中获得的侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板的结构示意图。
本发明所述LTCC基板侧壁金属化的制备方法，包括以下步骤：
S1，辅助腔体成型；
首先按打孔、印刷、通孔填充形成具有LTCC基板坯料3的各层生瓷片1，并在所述生瓷片1上制备用于侧壁金属化的瓷片对位孔2；然后在所述生瓷片1上沿着LTCC外形边缘5的位置开条型腔，经过叠片、等静压后获得带有贯通型腔体4的LTCC坯体以待用。各层所述生瓷片1的条型腔对位叠加从而形成所述贯通型腔体4。
S2，模板制备；
选取薄的不锈钢片6制作模板，使用激光切割的方式在所述不锈钢片6上分别加工出与所述LTCC坯体相对应的模板对位孔8和掩模孔7，所述掩模孔7的布孔区域必须覆盖在所述贯通型腔体4的范围内。所述不锈钢片6抛光后获得用于金属化制备的所述模板。
S3，模板上料；
将金属化浆料9搅拌均匀后，涂抹到所述模板上。涂抹后所述金属化浆料9覆盖所述模板上的所述掩模孔7区域，不能涂抹到所述模板对位孔8上。此时获得上料完成的所述模板待用。
S4，金属化成型；
在带真空吸附的工作台11上从下往上依次放置透气性滤纸12、LTCC坯体，开启低压真空吸附。然后在所述LTCC坯体上放置所述模板，保证所述模板上的所述模板对位孔8与所述LTCC坯体的所述瓷片对位孔2对齐，将所述工作台11上未覆盖区域用隔离膜完全覆盖。最后在中上完料的所述模板上依次一层隔离膜和一片软的硅橡胶垫13，并用胶带固定，开高压真空吸附，保压。最后拆卸所述模板，取出获得侧壁金属化的LTCC坯体生坯。
S5，辅助边处理；
将所述LTCC坯体生坯放入烘箱内干燥，然后放入烧结炉按常规排胶、烧结工艺操作，获得烧成的LTCC坯体。使用划片机或激光切割机沿基板边缘切割外形，然后使用砂纸对边缘进行打磨，最后用无水乙醇清洗即可获得侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板。
较佳的，所述步骤S1中各所述生瓷片上的所述瓷片对位孔2直径设置为0.2mm～0.5mm；所述贯通型腔体4的整体宽度设置为0.2mm～0.6mm，所述贯通型腔体4内边缘与所述LTCC外形边缘5距离0.1mm～0.2mm；开腔长度根据设计要求的侧壁金属化长度而定。
具体的，为保证金属化的有利进行，所述贯通型腔体4的开设可通过同时对所述LTCC基板坯料3和所述生瓷片1进行加工而形成，所述贯通型腔体4的整体宽度设置为0.2mm～0.6mm，所述贯通型腔体4由所述LTCC外形边缘5向所述LTCC基板坯料3内侵入的深度为0.1mm～0.2mm。
较佳的，在所述步骤S2中所述有不锈钢片6的厚度0.08mm～0.1mm；所述模板对位孔8的直径为0.2mm～0.5mm，与所述瓷片对位孔2的尺寸保持一致；所述掩模孔7的直径为0.15mm～0.2mm，相邻所述掩模孔7的圆心距＝1.5×掩模孔直径。
较佳的，在所述步骤S3中所述金属化浆料9可以设置为金浆料、金铂钯浆料、银浆料、钯银浆料中的一种，在1RPM状态下，浆料粘度为5000Pa·s～8000Pa·s。所述模板上涂抹的所述金属化浆料9厚度为1mm～2mm。
较佳的，在所述步骤S4中所述的低压真空吸附的压力为5KPa～10KPa，高压真空吸附的压力为35KPa～45KPa，高压时的保压时间20s～30s。所述硅橡胶垫13的厚度为1mm～3mm，所述隔离膜成分可以是PE、PET、PTFE等，厚度为50μm～125μm，所述硅橡胶垫13的邵氏硬度为15～25。
较佳的，在所述步骤S5中所述干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为30min～45min。所述砂纸目数为400～800目。
具体的，根据以下实施例进行具体论述。
实施例一
本发明所述LTCC基板侧壁金属化的制备方法，本实施例选用6inch的Dupont951PT型生瓷片作为LTCC坯体瓷体，5742型浆料作为侧壁金属化的浆料，LTCC设计层数6层，LTCC外形为规则的长方体，尺寸14mm*6.1mm*0.6mm，设计要求侧壁金属化位置位于长边，长度6mm。
具体的技术方案：
S1，辅助腔体成型
首先按常规冲填孔、印刷工艺在6层生瓷片上制备出LTCC的导通孔和电路图形，并在生瓷片四边分别冲制出一个用于侧壁金属化的对位孔，孔径0.3mm；然后在生瓷片上沿着LTCC外形的长边位置使用冲孔机制备出尺寸为6mm*0.2mm的条型腔，腔体外边缘与基板外形边重合，经过叠片、等静压后获得带有贯通型腔体的LTCC坯体。
S2，模板制备
选取厚度80μm的不锈钢片作为模板，不锈钢片尺寸220mm*220mm，使用激光切割的方式在模板钢片上分别加工出与所述LTCC坯体相对应的对位孔(Φ0.3mm)和掩模孔(Φ0.2mm)，相邻掩模孔的圆心距0.3mm，掩模孔的布孔区域覆盖所述LTCC坯体贯通型腔体范围。抛光后获得用于金属化制备的模板。
S3，模板上料
取出5742型金浆料，调制粘度到5000Pa·s(1RPM)，用搅拌棒搅拌均匀后，使用刮刀将此浆料均匀的涂抹到S2中制备的模板上，涂抹浆料覆盖模板上的掩模孔区域，涂抹的浆料厚度1mm。此时获得上料完成的模板待用。
S4，金属化成型
选用多孔石的吸附平台作为工作台，首先在工作台上放置一张透气性的滤纸，尺寸为150mm*150mm，然后将待金属化的低温共烧基板生坯置于滤纸上，开启真空吸附(压力10KPa)。然后在基板上放置上完料的模板，放置前在浆料上覆盖一层50μm的PE隔离膜并用刮刀刮平，调节模板位置保证模板上的对位孔与基板的对位孔对齐。对齐后将整个工作台用隔离膜完全覆盖，基板和模板固定。再将一片3mm的硅橡胶垫(邵氏硬度20)覆盖到隔离膜上面，并用胶带固定。开高压真空吸附(压力35kPa)，保压20s。最后拆卸模板，取出获得侧壁金属化的LTCC坯体生坯。
S5，辅助边处理
将所述LTCC坯体生坯放入烘箱内干燥，干燥温度100℃，干燥时间30min。然后放入烧结炉按常规排胶、烧结工艺操作，获得烧成的LTCC坯体。使用划片机沿基板边缘切割外形，然后使用800目的砂纸对边缘进行打磨，最后用无水乙醇清洗即可获得侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板。
实施例二
本实施例选用6inch的FerroA6M型生瓷片作为LTCC坯体瓷体，CN30-025JH型浆料作为侧壁金属化的浆料，LTCC设计层数12层，LTCC外形为不规则的异形结构，尺寸25mm*35mm*1.2mm，设计要求侧壁金属化长度12mm。具体的技术方案：
S1，辅助腔体成型
首先按常规冲填孔、印刷工艺在6层生瓷片上制备出LTCC的导通孔和电路图形，并在生瓷片四边分别冲制出一个用于侧壁金属化的对位孔，孔径0.2mm；然后在生瓷片上沿着LTCC外形的长边位置使用冲孔机制备出尺寸为12mm*0.4mm的条型腔，腔体外边缘与基板外形边不重合，腔体在基板外形范围内的部分宽0.2mm。经过叠片、等静压后获得带有贯通型腔体的LTCC坯体。
S2，模板制备
选取厚度100μm的不锈钢片作为模板，不锈钢片尺寸240mm*240mm，使用激光切割的方式在模板钢片上分别加工出与所述LTCC坯体相对应的对位孔(Φ0.2mm)和掩模孔(Φ0.15mm)，掩模孔沿着腔体长布设两行，掩模孔的布孔区域覆盖所述的LTCC坯体贯通型腔体范围。抛光后获得用于金属化制备的模板。
S3，模板上料
取出CN30-025JH型金浆料，调制粘度到6000Pa·s(1RPM)，用搅拌棒搅拌均匀后，使用刮刀将此浆料均匀的涂抹到S2中制备的模板上，涂抹浆料覆盖模板上的掩模孔区域，涂抹的浆料厚度2mm。此时获得上料完成的模板待用。
S4，金属化成型
选用多孔石的吸附平台作为工作台，首先在工作台上放置一张透气性的滤纸，尺寸为150mm*150mm，然后将待金属化的低温共烧基板生坯置于滤纸上，开启真空吸附(压力8KPa)。然后在基板上放置S3中上完料的模板，放置前在浆料上覆盖一层100μm的PE隔离膜并用刮刀刮平，调节模板位置保证模板上的对位孔与基板的对位孔对齐。对齐后将整个工作台用隔离膜完全覆盖，基板和模板固定。再将一片3mm的硅橡胶垫(邵氏硬度20)覆盖到隔离膜上面，并用胶带固定。开高压真空吸附(压力45kPa)，保压30s。最后拆卸模板，取出获得侧壁金属化的LTCC坯体生坯。
S5，辅助边处理
将所述LTCC坯体生坯放入烘箱内干燥，干燥温度120℃，干燥时间30min。然后放入烧结炉按常规排胶、烧结工艺操作，获得烧成的LTCC坯体。使用激光切割机沿基板边缘切割外形，然后使用800目的砂纸对边缘进行打磨至边缘无黑边，最后用无水乙醇清洗即可获得侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1，辅助腔体成型；
首先按打孔、印刷、通孔填充形成具有LTCC基板坯料的各层生瓷片，并在所述生瓷片上制备瓷片对位孔；然后在所述生瓷片上沿着LTCC外形边缘位置设置条型腔，经过叠片、等静压后获得带有贯通型腔体的LTCC坯体；
S2，制备初始模板；
在不锈钢片上分别设置出与所述LTCC坯体相对应的模板对位孔和掩模孔，所述掩模孔的布孔区域覆盖设置在所述贯通型腔体的范围内，从而获得初始模板；
S3，初始模板上料；
将金属化浆料涂抹到所述初始模板上，涂抹后所述金属化浆料覆盖在所述掩模孔区域，从而获得上料模板；
S4，金属化成型；
在带真空吸附的工作台上从下往上依次放置透气性滤纸和所述LTCC坯体，开启低压真空吸附，然后在所述LTCC坯体上放置所述上料模板，所述模板对位孔与所述瓷片对位孔对齐，将所述工作台上未覆盖区域用隔离膜完全覆盖，并在所述上料模板上依次设置一层隔离膜和一片硅橡胶垫，开高压真空吸附保压完成后，拆卸所述上料模板，取出获得侧壁金属化的LTCC基板生坯；
S5，辅助边处理；
将所述LTCC基板生坯干燥、排胶、烧结，获得LTCC基板，并对所述LTCC基板切割外形、打磨、清洗，最终获得侧壁金属化的低温共烧陶瓷基板。
2.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，所述瓷片对位孔直径设置为0.2mm～0.5mm；所述模板对位孔的直径为0.2mm～0.5mm，且所述模板对位孔与所述瓷片对位孔的尺寸保持一致。
3.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，所述贯通型腔体的整体宽度设置为0.2mm～0.6mm，所述贯通型腔体内边缘与所述LTCC外形边缘距离为0.1mm～0.2mm。
4.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中所述有不锈钢片的厚度0.08mm～0.1mm。
5.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，所述掩模孔的直径为0.15mm～0.2mm，相邻所述掩模孔间的圆心距等于1.5倍的所述掩模孔直径。
6.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中所述金属化浆料设置为金浆料、金铂钯浆料、银浆料、钯银浆料中的一种，所述金属化浆料在1RPM状态下的浆料粘度为5000Pa·s～8000Pa·s，所述初始模板上涂抹的所述金属化浆料厚度为1mm～2mm。
7.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中所述的低压真空吸附的压力为5KPa～10KPa，高压真空吸附的压力为35KPa～45KPa，高压时的保压时间20s～30s。
8.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，所述硅橡胶垫的厚度为1mm～3mm，所述硅橡胶垫的邵氏硬度为15～25。
9.如权利要求1所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法，其特征在于，所述隔离膜成分设置为PE、PET、PTFE中的一种，厚度为50μm～125μm。
10.一种LTCC基板，其特征在于，通过如权利要求1-9任一项所述的LTCC基板侧壁金属化的制备方法制得。
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